第1章 绪论 1
1.1 光流场计算技术发展及研究现状 3
1.1.1 光流计算技术历史与计算方法现状 3
1.1.2 基于匹配的光流计算方法概述 4
1.1.3 球面光流计算方法概述 10
1.2 光流辅助飞行器导航与控制概述 10
1.2.1 传统微小型飞行器导航与控制技术发展现状 10
1.2.2 光流在飞行器导航控制中的应用 12
1.3 本章小结 16
参考文献 16
第2章 光流场基本计算方法及图像预处理 21
2.1 引言 21
2.2 光流计算基本原理及算法 21
2.2.1 光流场和运动场 21
2.2.2 光流约束方程 22
2.2.3 光流场经典计算方法 23
2.3 图像预处理 28
2.3.1 图像缩放 29
2.3.2 图像平滑滤波 30
2.3.3 图像畸变校正 33
2.3.4 图像去雾增强 35
2.4 本章小结 38
第3章 稀疏直线匹配光流场计算方法及其应用 39
3.1 引言 39
3.2 基于参数-卡尔曼滤波的序列图像间快速直线匹配方法 40
3.3 稀疏直线光流场计算方法及其仿真算例 45
3.3.1 稀疏直线光流场计算方法 45
3.3.2 稀疏直线光流场仿真算例 48
3.4 稀疏直线光流场飞行器姿态估计技术 54
3.4.1 摄像机的透视投影模型 55
3.4.2 基于稀疏直线光流场的飞行器姿态估计方法 56
3.4.3 基于暗原色通道的地平线提取方法 58
3.4.4 基于地平线直线稀疏光流场的姿态估计算例 61
3.4.5 基于灰度投影的跑道线提取方法 64
3.4.6 基于跑道线稀疏光流场的姿态估计算例 72
3.5 稀疏直线光流场飞行器着陆控制技术 75
3.5.1 飞行器进近-着陆阶段特性分析 76
3.5.2 基于直线稀疏光流场的飞行器进近段对准控制 77
3.5.3 基于直线光流场的飞行器下滑段垂直控制 81
3.5.4 飞行器进近段对准控制仿真 87
3.5.5 飞行器下滑段控制仿真 89
3.6 本章小结 92
参考文献 92
第4章 基于张量黎曼度量的块匹配光流场计算方法及其应用 94
4.1 引言 94
4.2 序列图像的灰度-时空张量描述 94
4.3 结构张量的黎曼度量 95
4.4 基于改进Hausdorff黎曼度量的匹配准则 97
4.4.1 模型建立 97
4.4.2 性能仿真测试 99
4.5 图像旋转的描述 102
4.6 多分辨率搜索策略 105
4.7 块匹配光流场算例与分析 107
4.7.1 计算精度分析 107
4.7.2 抗噪声能力分析 110
4.7.3 旋转图像光流场计算 112
4.7.4 大位移光流场计算 113
4.8 基于改进光流场的运动目标检测 114
4.8.1 目标检测算法设计指标分析 114
4.8.2 基于光流的运动目标检测算法总体框架 114
4.8.3 全局运动估计和运动补偿 115
4.8.4 基于光流矢量聚类的感兴趣区域提取 118
4.8.5 目标区域分割与检测 120
4.8.6 仿真算例与分析 122
4.9 本章小结 124
第5章 基于时空兴趣点匹配的光流场计算方法 125
5.1 引言 125
5.2 时空张量定义与兴趣点检测 125
5.3 图像几何变换下判据函数的稳定性分析 128
5.4 时空兴趣点提取测试 130
5.4.1 旋转不变性与仿射不变性测试算例 130
5.4.2 与Harris角点提取算子的对比测试算例 131
5.4.3 加噪图像测试算例 133
5.5 时空兴趣点的PCA-FLSS特征描述子构造 134
5.5.1 LSS描述子原理 135
5.5.2 PCA-FLSS描述子设计 136
5.5.3 PCA-FLSS描述子的构造算例 136
5.6 时空兴趣点匹配光流场计算方法 139
5.7 时空兴趣点匹配算法计算大位移图像光流场算例 140
5.8 本章小结 144
参考文献 144
第6章 基于匹配光流场的飞行器自主避障 145
6.1 引言 145
6.2 光流避障技术总体架构 145
6.3 平移光流场计算 146
6.4 基于速度信息的FOE估计 147
6.5 景深估计与相对背景静止障碍提取 150
6.6 相对背景运动的障碍区域提取 151
6.7 避障策略设计 154
6.8 本章小结 155
第7章 球面光流场计算方法 156
7.1 引言 156
7.2 坐标系定义 156
7.3 常见的成像模型 158
7.3.1 平面透视投影成像模型 158
7.3.2 非透视投影成像模型 160
7.4 ORIFL190-3鱼眼镜头的成像模型 163
7.5 鱼眼图像的球面映射 166
7.6 球面光流场基本计算方法 169
7.6.1 透视投影模型下的图像场 169
7.6.2 球面屈光成像模型下的图像场 170
7.6.3 透视投影模型下光流场的基本约束方程 172
7.6.4 基于时空梯度的透视投影光流算法 173
7.6.5 球面光流场基本约束方程 174
7.6.6 黎曼空间中的梯度约束 176
7.7 基于时空梯度的球面光流算法 176
7.7.1 基于全局平滑约束的S-HS算法 176
7.7.2 基于局部平滑约束的S-LK算法 179
7.7.3 存在的问题 180
7.7.4 基本算法的优化 180
7.7.5 优化算法 183
7.8 实验仿真与结果分析 184
7.8.1 光流计算误差评价指标 184
7.8.2 球面光流场测试序列 185
7.8.3 最大响应幅值性能比较 186
7.8.4 矢量角误差比较 189
7.8.5 算法性能小结 195
7.8.6 真实序列仿真 195
7.9 本章小结 195
参考文献 196
第8章 图像光流仿真与实验系统 197
8.1 基于光流信息感知的计算机仿真实验系统 197
8.1.1 仿真实验平台及子系统搭建 197
8.1.2 基于改进光流场的目标检测仿真实验与分析 197
8.1.3 基下地平线特征光流的飞行器姿态估计仿真实验与分析 200
8.2 基于匹配光流的避障计算机仿真实验系统 204
8.2.1 基于匹配光流的避障仿真实验系统 204
8.2.2 光流避障仿真实验 207
8.2.3 光流场提取算法对避障算法效能影响的验证 208
8.3 光流避障信息提取半实物仿真实验系统 210
8.3.1 光流避障信息提取半实物仿真实验系统总体架构 210
8.3.2 硬件系统组成 210
8.3.3 软件部分组成 212
8.3.4 平移光流场提取与FOE估计实验 214
8.3.5 障碍提取实验 216
8.4 本章小结 220