光流的概念于1950年由Gibson首先提出，所謂光流就是指圖像表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度。物體在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候之所以能被人眼發(fā)現(xiàn)，就是因?yàn)楫?dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在人的視網(wǎng)膜上形成一系列的連續(xù)變化的圖像，這些變化信息在不同時(shí)間，不斷的流過(guò)眼睛視網(wǎng)膜，就好像一種光流過(guò)一樣，故稱之為光流。

1、光流法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的原理

光流法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的原理：一般而言，光流是由于場(chǎng)景中前景目標(biāo)本身的移動(dòng)、相機(jī)的運(yùn)動(dòng)，或者兩者的共同運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。首先給圖像中每個(gè)像素點(diǎn)賦予一個(gè)速度矢量（光流，包括大小和方向），這樣就形成了光流場(chǎng)。如果圖像中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)物體，光流場(chǎng)連續(xù)均勻，如果有運(yùn)動(dòng)物體，運(yùn)動(dòng)物體的光流和圖像的光流不同，光流場(chǎng)不再連續(xù)均勻。從而可以檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)物體及位置。
這里有兩個(gè)概念需要解釋：
運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，其實(shí)就是物體在三維真實(shí)世界中的運(yùn)動(dòng)；
光流場(chǎng)，是運(yùn)動(dòng)場(chǎng)在二維圖像平面上的投影。

2、光流法的前提假設(shè)

光流法的前提假設(shè)：
（1）亮度恒定，就是同一點(diǎn)隨著時(shí)間的變化，其亮度不會(huì)發(fā)生改變。這是基本光流法的假定（所有光流法變種都必須滿足），用于得到光流法基本方程；
（2）小運(yùn)動(dòng)，這個(gè)也必須滿足，就是時(shí)間的變化不會(huì)引起位置的劇烈變化，這樣灰度才能對(duì)位置求偏導(dǎo)（換句話說(shuō)，小運(yùn)動(dòng)情況下我們才能用前后幀之間單位位置變化引起的灰度變化去近似灰度對(duì)位置的偏導(dǎo)數(shù)），這也是光流法不可或缺的假定；
（3）空間一致，一個(gè)場(chǎng)景上鄰近的點(diǎn)投影到圖像上也是鄰近點(diǎn)，且鄰近點(diǎn)速度一致。這是Lucas-Kanade光流法特有的假定，因?yàn)楣饬鞣ɑ痉匠碳s束只有一個(gè)，而要求x，y方向的速度，有兩個(gè)未知變量。我們假定特征點(diǎn)鄰域內(nèi)做相似運(yùn)動(dòng)，就可以連立n多個(gè)方程求取x，y方向的速度（n為特征點(diǎn)鄰域總點(diǎn)數(shù)，包括該特征點(diǎn)）。

3、光流計(jì)算方法

光流計(jì)算方法大致可分為三類：基于匹配的方法、頻域的方法和梯度的方法。
　　(1) 基于匹配的光流計(jì)算方法包括基于特征和基于區(qū)域兩種。基于特征的方法不斷地對(duì)目標(biāo)主要特征進(jìn)行定位和跟蹤，對(duì)大目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)和亮度變化具有魯棒性。存在的問(wèn)題是光流通常很稀疏，而且特征提取和精確匹配也十分困難。基于區(qū)域的方法先對(duì)類似的區(qū)域進(jìn)行定位，然后通過(guò)相似區(qū)域的位移計(jì)算光流。這種方法在視頻編碼中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，它計(jì)算的光流仍不稠密。
　　(2) 基于頻域的方法，也稱為基于能量的方法，利用速度可調(diào)的濾波組輸出頻率或相位信息。雖然能獲得高精度的初始光流估計(jì)，但往往涉及復(fù)雜的計(jì)算。另外，進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)也十分困難。
　　(3) 基于梯度的方法利用圖像序列亮度的時(shí)空微分計(jì)算2D速度場(chǎng)（光流）。由于計(jì)算簡(jiǎn)單和較好的效果，基于梯度的方法得到了廣泛的研究。雖然很多基于梯度的光流估計(jì)方法取得了較好的光流估計(jì)，但由于在計(jì)算光流時(shí)涉及到可調(diào)參數(shù)的人工選取、可靠性評(píng)價(jià)因子的選擇困難，以及預(yù)處理對(duì)光流計(jì)算結(jié)果的影響，少量幀中噪聲的存在以及圖像采集地過(guò)程中形成的頻譜混疊都將嚴(yán)重影響基于梯度的方法的結(jié)果精度。

4、光流法的優(yōu)缺點(diǎn)

采用光流法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)的問(wèn)題主要在于大多數(shù)光流法計(jì)算耗時(shí)，實(shí)時(shí)性和實(shí)用性都較差。但是光流法的優(yōu)點(diǎn)在于光流不僅攜帶了運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)信息，而且還攜帶了有關(guān)景物三維結(jié)構(gòu)的豐富信息，它能夠在不知道場(chǎng)景的任何信息的情況下，檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)對(duì)象。

5、光流法目標(biāo)跟蹤原理

對(duì)于一個(gè)連續(xù)的視頻幀序列進(jìn)行處理；針對(duì)每一個(gè)視頻序列，利用一定 目標(biāo)檢測(cè)方法，檢測(cè)可能出現(xiàn)的前景目標(biāo)；如果某一幀出現(xiàn)了前景目標(biāo)，找到其具有代表性的關(guān)鍵特征點(diǎn)；對(duì)之后的任意兩個(gè)相鄰視頻而言，尋找上一幀中出現(xiàn)的關(guān)鍵特征點(diǎn)在當(dāng)前幀中的最佳位置，從而得到前景目標(biāo)在當(dāng)前幀中的位置坐標(biāo)；如此迭代進(jìn)行，便可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的跟蹤。

參考：
http://blog.csdn.net/carson2005/article/details/7581642
http://www.cnblogs.com/wxl845235800/p/6729406.html
http://www.cnblogs.com/stucp/archive/2012/11/24/2785480.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的光流法目标跟踪原理（不带公式）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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