面向流体运动图像的光流估计方法研究

作     者：段辉 

作者单位：佛山科学技术学院 

学位级别：硕士

导师姓名：陈军

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：光流估计 流体运动 光照鲁棒 滤波模型 深度学习 

摘      要：面向流体运动图像的光流估计是计算机视觉领域一个具有挑战性的课题,它在科学研究和工程实践中均占据着重要的地位。然而,流体固有的物理特性,如非刚性、弱纹理等,以及流体在流动过程中容易受到光照变化的影响,其亮度常常发生变化,这些因素导致了流体不同部分难以区分,造成流体图像匹配的模糊性,其严重影响了光流估计的精度。同时目前的流体光流估计方法往往忽视了流体运动的物理规律,这导致了它们不能有效地捕获流体流动中各种不同的运动模式,比如平移、旋转和散射等,特别是容易丢失一些重要的运动细节,如小尺度涡旋等。针对当前流体光流估计存在的问题,本文研究内容如下:首先,根据流体本身的物理特性和流体运动的物理规律,构建流体运动的光流估计模型,用来指导流体光流估计方法的设计。其次,根据构建的流体运动光流模型分别用基于滤波模型和基于深度卷积网络来设计相应的光流算法,使设计的算法不但能够克服流体的形态变化、弱区分性和亮度变化,而且能够捕获复杂流体运动中不同的运动模式,同时恢复小尺度的涡旋。最后,本文用公开的流体数据集和真实场景的流体图像序列来验证算法的有效性和相应光流模型的正确性。本课题探究了面向流体运动图像的光流估计模型的构建和相应算法的设计,解决了当前流体运动的光流估计所面临的困难和挑战。研究成果能够为大气运动分析、图像粒子测速、流体运动分析等应用领域提供可靠的理论基础和鲁棒的算法支持,具有巨大的应用价值和广阔的前景。