[发明专利]一种视频流体高度的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频流体高度的计算方法。

背景技术

目前，在增强现实研究中，对于刚体虚实结合的研究已经取得了初步的成果，而对于含有水、烟雾、云、火等流体的场景，由于流体属于强纹理，在运动过程中存在着遮挡及再现的问题，所以有关流体的增强现实技术的研究存在着一定挑战性，在这一方面研究中取得的成果还不够显著。流体重建技术是研究中的关键问题，如何快速、准确地计算流体高度，建立具有真实感和交互性的流体自然景观的增强现实场景，仍是该领域中极具挑战性的课题，其研究具有重要的现实意义和应用价值。

随着图像处理及计算机视觉技术的发展，对于自然景观场景高度计算的研究出现了一些技术和方法。人们利用图像中的颜色、纹理、形状、运动等特征进行研究，取得了一些成果。现有方法从图像纹理计算场景高度，通过纹理基元的尺寸、形状、和密度等变化特性来得到场景的高度值。

由于流体属于强纹理，在运动过程中不能保持纹理不变的属性，因此利用纹理信息准确地计算出流体的高度较为困难；有些研究是利用颜色不变性规则，通过局部区域的强度相关性进行研究，计算出三维场景的高度信息，从而实现对场景的重建；现有研究中一些研究从不同视图计算时空连续的运动信息，得到两帧图像的对应点，再结合摄像机标定、三维坐标恢复等技术，获取了场景的高度信息；另一些研究中通过提取运动的物理特性，恢复并校准摄像机内外参数，从而计算出物体的高度。基于运动特征的高度计算方法中存在的主要问题是：物体运动特征的确定比较困难；摄像机参数的确定通常采用离线的批处理方法，这些方法存在复杂度高、计算量大的问题，很难利用在线方法完成，因此不能满足实时性需求。

对于流体的重建技术人们曾经进行过系统的探讨，这方面研究的典型成果就是基于明暗度恢复形状（SFS)的方法。它是利用不同照明条件下的物体表面强度变化来估算物体表面的法线方向，从而达到重建的目的。

近年来，为了提高重建的准确性和真实感，人们进行了一些研究。现有研究包括利用三次样条与SFS结合的方法计算场景的高度信息、对求解SFS问题的算法进行研究；人们也利用SFS方法对高度计算的结果进行平滑处理，得到了较好的重建结果。

一些人员利用SFS和流体的运动矢量进行研究，基于质量守恒的原则实现了流体的高度计算，这种方法对于非透明水域能够取得较满意的高度计算结果，但强光照射的情况下，例如含有倒影或强亮度的水面，高度计算结果的准确性就会受到影响。

发明内容

为解决现有技术研究中存在的上述问题，本发明的目的是提出一种有效的视频流体高度的计算方法，利用该方法能够得到反应流体连续运动特征的流体运动的高度场，快速、准确地计算出流体高度。

本发明的具体技术方案是：

一种视频流体高度的计算方法，该算法分为五个步骤：

1）流体运动矢量的计算；

2）运动矢量和LBM相结合的高度计算；

3）对高度计算结果的去噪和平滑；

4）用流体运动的连续性方程进行约束。

5）高度校正。

本发明中具体的技术细节如下：

（1）流体运动矢量的计算

由于流体粒子所在的邻域在运动前后具有保持强度成分不变的特性。根据这一特性，采用区域强度相关性对流体运动矢量进行初始化。再进行聚类。

定义用于聚类的特征向量，其形式为vector=[x,y,u,v,sigu,sigv]，其中(x,y)为流体粒子所在的位置，u和v分别表示该粒子的运动矢量沿x方向和沿y方向的分量，sigu和sigv分别表示u和v的符号，如果为正取1，如果为负取-1，否则取0。所定义的特征向量进行聚类，并根据聚类结果的规模进行优化，最后为了得到密集的运动矢量场，采用最短距离线性插值的方法，对于每个粒子，找到距离它最近的粒子，并采用线性插值法进一步得到密集的运动矢量结果。

流体运动矢量的计算具体包括：

1）利用连续两帧图像，采用区域相关运算方式对流体运动矢量进行初始化。