Robotics Perception Week 4[2]

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Nonlinear Least Squares [非线性最小二乘法]

  • Method for non-linear least suqares problems - 2004
  • Descent method
    • The steepest descent method[最速下降]
    • Newton’s method[牛顿下降]
    • Linear Search[线性搜索]
    • Trust Region and Damped Methods
  • Non-linear least squares problems
    • The Gauss-Newton Method
    • The Levenberg-Marquardt Method
    • Powell’s Dog leg Method
    • A Hybrid Method: L-M and Quasi-Newton
    • A Secant Version of the L-M Method
    • A Secant Version of the Dog leg Method
    • Final Remarks

Optical Flow Method[光流法]

  • 基本假设
    • 亮度恒定不变, 由于需要对比两张连续的照片计算光流场,因此,如果亮度改变的话,图像匹配会存在误差
    • 时间连续,或运动范围比较小,时间连续是为了让图像间的点满足对应关系
  • 同一个点发生了位移,亮度应当是不变的
  • 有$I(x,y,t)=I(x+dx, y=dy, t’)$
  • 泰勒展开后得到 $\begin{aligned} I(x,y,t)&=I(x+dx, y+dy, t+dt)\\ &=I(x,y,t) + I_xdx+I_ydy+I_tdt + R(x,y,t)&\text{R为高阶余项,当做0处理}\\ 0&=I_xdx+I_ydy+I_tdt \end{aligned}$
  • 其中
    • $I_x, I_y, I_t$分别为光强对$x,y,t$的偏导数
    • 偏导数的计算可以通过图像数据计算
    • $dx, dy$为我们需要求的光流矢量,在一些教程中也会以$u,v$来表示,即$I_xu+I_yv+I_t=0$
  • 为了求解$dx, dy$我们至少需要2个方程,即2个点,当点的数量超过2时,我们就需要用一些约束来求解最优解

光流法-不同的约束条件

基于梯度的方法

  • 利用图像的灰度的微分来计算速度矢量
    • Horn-Schunck
    • Lucas-Kanade(LK)

基于匹配的方法

  • 特征匹配
    • 根据目标特征点进行匹配
  • 区域匹配
    • 通过相似区域进行匹配

基于能量(频率)的方法

金字塔方法

  • 加个降采样

基于相位的方法

  • Fleet和Jepson,把光强数据改为相位

神经动力学方法

  • 利用神经网络建立视觉运动感知模型

深度学习算法

20210807224958

基于光流法的帧间插值

  • 线性插值

cs131_opticalflow_assignment_crossfade

  • 光流插值

20210807225335

Reference

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