Co to jest przepływ optyczny?

Przepływ optyczny opisuje skomputeryzowane śledzenie ruchomych obiektów poprzez analizę różnic zawartości między ramkami wideo. Na filmie zarówno obiekt, jak i obserwator mogą być w ruchu; komputer może zlokalizować wskazówki, które zaznaczają granice, krawędzie i regiony poszczególnych zdjęć. Wykrywanie ich postępów umożliwia komputerowi śledzenie obiektu w czasie i przestrzeni. Technologia jest wykorzystywana w przemyśle i badaniach, w tym w obsłudze bezzałogowych statków powietrznych (UAV) i systemów bezpieczeństwa.

Wizja komputerowa generuje dwie podstawowe metody: wykrywanie ruchu w oparciu o gradient i funkcję. Gradientowy przepływ optyczny mierzy zmiany intensywności obrazu w czasie i przestrzeni. Skanuje gęstą płaszczyznę pola przepływu. Przepływy oparte na cechach nakładają krawędzie obiektów w ramkach, aby zaznaczyć postęp.

Ta technika przypomina stabilizację obrazu z kamery, umożliwiając zablokowanie obliczonego pola widzenia w kadrze pomimo drgań aparatu. Algorytmy przepływu optycznego obliczają dopasowania między obrazami w sekwencji. Komputer dzieli każdy obraz na kwadratowe siatki. Nałożenie dwóch zdjęć pozwala na porównania w celu znalezienia najlepszego dopasowania kwadratów. Gdy komputer lokalizuje dopasowanie, rysuje linię między punktami różnicy, czasami nazywanymi igłami.

Algorytmy działają systematycznie od zgrubnych do dokładnych rozdzielczości. Umożliwia to śledzenie ruchu między obrazami o różnej rozdzielczości. Komputer nie rozpoznaje obiektów, a jedynie wykrywa i śledzi te cechy obiektów, które można porównać między ramkami.

Komputerowe wektory przepływu optycznego mogą wykrywać i śledzić obiekty, a także wydobywać dominującą płaszczyznę obrazu. Może to pomóc w robotycznej nawigacji i wizualnej odometrii lub orientacji i pozycji robota. Odnotowuje nie tylko obiekty, ale także otaczające je środowisko w trzech wymiarach i zapewnia robotom bardziej realistyczną świadomość przestrzenną. Wektory obliczane w płaszczyźnie pozwalają procesorowi wnioskować i reagować na ruchy wydobyte z ramek.

Niektóre słabości techniki przepływu optycznego obejmują utratę danych wynikającą z kwadratów, których komputer nie może dopasować między obrazami. Te niedopasowane obszary pozostają puste i tworzą płaskie przestrzenie, zmniejszając dokładność. Czyste krawędzie lub stabilne elementy, takie jak narożniki, przyczyniają się do analizy przepływu.

Szczegółowe czynniki mogą być zasłonięte, jeśli obserwator jest również w ruchu, ponieważ nie jest w stanie odróżnić niektórych elementów od klatki do klatki. Analiza dzieli ruch na pozorny globalny przepływ i zlokalizowany ruch obiektu lub egomotion. Przestrzenno-czasowe zmiany krawędzi lub intensywności obrazu gubią się w ruchu kamery i globalnym przepływie ruchomego środowiska. Analiza zostaje ulepszona, jeśli komputer może wyeliminować wpływ globalnego przepływu.