光流法 实验报告
光的传播实验报告
光的传播实验报告一、实验目的本次实验旨在探究光在不同介质中的传播特性，包括直线传播、折射和反射现象，以及光在均匀介质和非均匀介质中的传播规律。
二、实验原理1、光的直线传播：光在同种均匀介质中沿直线传播。
2、光的折射：当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生偏折，折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，入射角的正弦值与折射角的正弦值之比为常数，称为折射率。
3、光的反射：当光射到物体表面时，有一部分光会被反射回来，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。
三、实验器材激光笔、玻璃砖、水槽、水、平面镜、光屏、量角器等。
四、实验步骤1、光的直线传播实验（1）在暗室中，将激光笔固定在支架上，使其发出的激光水平照射在白屏上，观察激光在空气中的传播路径，发现激光笔发出的光在空气中沿直线传播。
（2）在激光笔和白屏之间放置一个带有小孔的纸板，调整小孔的位置，使激光笔发出的光能够通过小孔照射在白屏上，观察光通过小孔后的传播路径，仍然是直线。
2、光的折射实验（1）将玻璃砖放在水平桌面上，用激光笔沿着玻璃砖的一个侧面入射，在玻璃砖的另一侧用光屏接收折射光线，观察并记录入射角和折射角的大小。
（2）改变入射角的大小，重复上述实验，测量并记录不同入射角对应的折射角。
（3）将玻璃砖放入盛有水的水槽中，重复上述实验，观察并比较光在玻璃和水中的折射现象。
3、光的反射实验（1）将平面镜放在水平桌面上，用激光笔沿着一定的角度照射平面镜，在平面镜的另一侧用光屏接收反射光线，观察并记录入射角和反射角的大小。
（2）改变入射角的大小，重复上述实验，测量并记录不同入射角对应的反射角。
五、实验数据及分析1、光的直线传播实验在实验中，无论激光笔发出的光通过空气还是通过带有小孔的纸板，其传播路径都是直线，这验证了光在同种均匀介质中沿直线传播的原理。
2、光的折射实验实验数据记录如下表：｜入射角（度）｜折射角（度）｜｜｜｜｜20|13|｜30|19|｜40|25|｜50|30|｜60|35|通过分析数据可以发现，入射角越大，折射角也越大，但折射角总是小于入射角。
光流法的作用
光流法的作用1. 什么是光流法光流法（Optical Flow）是计算机视觉领域中一种重要的运动估计方法，用于分析图像序列中的物体运动。
它通过分析相邻帧之间的像素强度变化来估计每个像素点在图像上的运动方向和速度。
在实际应用中，光流法可以用于目标跟踪、视觉里程计、三维重建和视频压缩等领域。
它对于理解和分析视频序列中的运动行为具有重要意义。
2. 光流法原理光流法基于一个假设：相邻帧之间相同物体上的像素点在时间上保持连续。
根据这个假设，我们可以通过比较两帧之间的像素强度差异来计算每个像素点在图像上的位移。
具体而言，光流法通过以下步骤实现：步骤一：特征提取首先需要从图像序列中提取出关键特征点，例如角点或边缘等。
这些特征点通常具有良好的区分性和稳定性，能够在不同帧之间进行匹配。
步骤二：特征匹配对于每个特征点，光流法通过在相邻帧之间进行搜索来找到其对应点。
一般采用的方法是在当前帧的局部区域内寻找与上一帧中特征点最相似的像素。
步骤三：光流计算通过比较特征点在两帧之间的位置变化，可以计算出光流向量，即每个像素点在图像上的运动方向和速度。
常用的光流计算方法有基于亮度约束和基于相关性约束等。
步骤四：光流可视化为了更直观地展示运动信息，可以将计算得到的光流向量以箭头或颜色等形式叠加在图像上，从而形成光流可视化结果。
3. 光流法的作用3.1 目标跟踪光流法可以用于目标跟踪，即在视频序列中实时追踪目标物体的位置和运动轨迹。
通过不断更新目标物体的位置信息，可以实现对其准确跟踪，并应用于视频分析、智能监控等领域。
3.2 视觉里程计视觉里程计是指通过分析相机连续拍摄的图像序列来估计相机在三维空间中的运动轨迹。
光流法可以用于计算相邻帧之间的相对位移，从而实现对相机运动的估计。
视觉里程计在自动驾驶、增强现实等领域具有重要应用价值。
3.3 三维重建光流法可以用于三维重建，即通过分析多个视角下的图像序列来恢复场景的三维结构。
通过计算不同视角之间的光流向量，可以估计出物体在空间中的位置和形状信息，从而实现对场景的三维重建。
机器视觉实验报告
研究生课程论文机器视觉应用实验报告《机器视觉应用实验报告》姓名学号院系专业仪器仪表工程指导教师华南理工大学实验报告课程名称：机器视觉应用机械与汽车工程学院系仪器仪表工程专业姓名廖帆实验名称机器视觉应用实验日期指导老师一、实验目的自行搭建机器视觉测量系统，采集标定板、工件图像，利用图像处理软件进行标定、工件尺寸测量、工件缺陷检测。
主要目的有：1、根据被测工件，搭建机器视觉测量系统，选择成像系统软件，进行图像采集等实验。
掌握常规机器视觉测量原理、实验平台搭建、图像采集步骤；2、掌握成像系统软件常用操作，能够对图像进行简单处理，并编写简单相关程序尺寸测量、缺陷检测判定；3、对测量结果进行误差分析，进一步加深理解机器视觉测量过程中的关键因素。
二、实验原理机器视觉主要是利用机器实现代替人眼来做测量和判断等目的，因此机器视觉可以看作是使用计算机及相关设备对生物视觉的一种模拟。
该实验就是通过对选取的工件进行图像采集和图像分析处理以获得所需物体的尺寸、缺陷等信息，一个典型的机器视觉系统包括：相机(包括COMS相机和CCD相机)、光源、镜头、图像获取单元（图像采集卡等）、显示器、图像处理软件、通讯设备、输入输出单元等。
本次实验借助HALCON机器视觉软件，它是德国MVtec公司开发的一套完善的标准的机器视觉算法包，拥有应用广泛的机器视觉集成开发环境，在欧洲以及日本的工业界已经是公认具有最佳效能的MachineVision软件。
它源自学术界，是一套图像处理库，由一千多个各自独立的函数，以及底层的数据管理核心构成。
其中包含了各类滤波、色彩分析以及几何、数学变换、形态学计算分析、校正、分类、辨识、形状搜索等等基本的几何以及图像计算功能。
HALCON支持Windows，Linux和MacOS X操作环境，函数库可以用C，C++，C#，Visual Basic 和Delphi等多种普通编程语言开发，为工业检测上提供了高速、高精度、强有力的方法。
光传播路线实验报告
一、实验目的1. 验证光在同种均匀介质中沿直线传播的特性。
2. 探究光在不同介质界面处传播方向的改变，即光的折射现象。
3. 了解光在透明介质中的传播特性。
二、实验器材1. 实验桌：用于摆放实验器材。
2. 手电筒：用于产生光束。
3. 透明玻璃板：用于演示光的折射现象。
4. 铅笔：用于在透明玻璃板上画线。
5. 量角器：用于测量角度。
6. 白纸：用于接收光斑。
三、实验原理1. 光在同种均匀介质中沿直线传播，即光线传播过程中不会发生弯曲。
2. 当光从一种介质斜射入另一种介质时，光线传播方向会发生改变，这种现象称为光的折射。
3. 折射现象遵循斯涅尔定律，即入射角和折射角的正弦值之比等于两种介质的折射率之比。
四、实验步骤1. 将透明玻璃板放在实验桌上，用铅笔在玻璃板上画一条直线，作为光束的传播路径。
2. 将手电筒的光束对准玻璃板上的直线，调整手电筒与玻璃板之间的距离，使光束通过玻璃板。
3. 在玻璃板的另一侧放置白纸，调整白纸与玻璃板之间的距离，观察光斑在白纸上的位置。
4. 记录光斑的位置，然后移动玻璃板，改变光束的入射角度，重复步骤3，观察光斑在白纸上的位置变化。
5. 将透明玻璃板换成其他透明介质，如水、油等，重复步骤3和4，观察光斑在白纸上的位置变化。
五、实验结果与分析1. 在均匀介质中，光束沿直线传播，光斑在白纸上的位置与玻璃板上的直线一致。
2. 当改变光束的入射角度时，光斑在白纸上的位置也随之改变，说明光在传播过程中发生了折射。
3. 不同透明介质的折射率不同，光在传播过程中发生折射的程度也不同，导致光斑在白纸上的位置发生变化。
六、实验结论1. 光在同种均匀介质中沿直线传播。
2. 光从一种介质斜射入另一种介质时，光线传播方向会发生改变，即光的折射现象。
3. 光在不同透明介质中的传播特性与介质的折射率有关。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意保持实验桌的整洁，避免实验器材的损坏。
2. 调整手电筒与玻璃板之间的距离时，确保光束通过玻璃板。
光流法原理详细
光流法基本原理从二维图像序列中检测物体的运动、提取运动参数并且分析物体运动的相关规律是运动图像序列分析的主要研究内容。
光流法是进行运动图像分析的重要方法，在视觉运动研究中具有举足轻重的作用。
光流（ optical flow ）表达了图像的变化，由于它包含了图像的运动信息，因此可被观察者用来确定目标的运动情况[32]。
如图 3-8 所示，光流是图像中亮度图案的表观运动，而运动场是三维物体的实际运动在图像平面上的投影，在理想情况下二者相互吻合[33] 。
光流场可以简单的理解为物体的速度矢量场，包含两个分量 (u,v) 。
假设相邻两帧图像之间的时间间隔很小，而且图像的灰度变化很小时，可以推导出基本的光流约束方程[34] ：I x u I y v t I 0(3-3)其中， u dx，vdy分别是该点的光流沿x, y方向上的分量；I ( x, y)是像素点(x, y)在时刻dt dtt 的灰度值， I x I, I yI , I t I 分别是灰度值I对x、y和t的偏导数，可从图像序列中x y t直接估计出来[35]：I x 1 [( I i 1, j ,k Ii 1, j ,k 1 I i 1, j 1,k I i 1,j 1,k 1) ( Ii , j , kIi , j ,k 14 xI y 1 [( I i 1,j ,k Ii , j 1,k 1 I i 1, j 1,k I i 1, j 1,k 1) ( Ii , j ,kIi , j ,k 14 y IIi , j 1,kIi , j 1,k 1)](3-4) i 1, j ,kIi 1,j ,k 1)](3-5)I t 1 [( Ii , j 1,kIi, j 1,k 1Ii 1,j ,k 1Ii 1, j 1,k 1) ( Ii , j ,kIi , j 1,kIi 1, j , kIi 1, j 1,k )] (3-6)4 t光流约束方程与 u 和 v 呈线性关系，如图 3-9 所示，把以 u 和 v 为横、纵轴的二维空间称为速度空间，则该方程定义了一条直线，且此直线与图像点灰度的空间梯度I 垂直。
制作流动光线实验报告
一、实验目的1. 探究光线的流动特性；2. 学习利用Photoshop制作流动光线效果；3. 培养动手能力和创新意识。
二、实验原理1. 光线的流动特性：光线在传播过程中，受到介质的影响，会产生折射、反射等现象，形成流动的光线效果；2. Photoshop制作流动光线：通过调整图层样式、特效控制台等参数，制作出流动光线的视觉效果。
三、实验器材1. 电脑一台；2. Photoshop软件；3. 素材图片（可选）。
四、实验步骤1. 打开Photoshop软件，创建一个新文件；2. 在新文件中，新建一个白色固态层；3. 选中白色固态层，打开效果面板，选择“杂波与颗粒”中的“分形噪波”特效；4. 调整特效控制台中的参数，如类型、溢出、对比度、亮度等，使白色固态层呈现出流动光线的效果；5. 打开“变换”参数，调整图层的高度和宽度，使流动光线呈现出更丰富的形态；6. 给白色固态层添加色相和饱和度，选择合适的颜色；7. 调整色调和亮度，使流动光线更具视觉冲击力；8. 可选：导入素材图片，将流动光线效果应用到素材图片上；9. 保存实验结果。
五、实验结果与分析1. 实验结果：成功制作出流动光线效果，并将其应用于素材图片；2. 分析：通过调整特效控制台中的参数，可以改变流动光线的形态、颜色和亮度，从而实现不同的视觉效果。
六、实验总结1. 本实验成功探究了光线的流动特性，并学会了利用Photoshop制作流动光线效果；2. 在实验过程中，培养了动手能力和创新意识，提高了对软件操作的理解；3. 在今后的学习和工作中，可以尝试将流动光线效果应用于更多领域，如广告设计、网页制作等。
七、实验拓展1. 尝试使用其他软件制作流动光线效果，如AE、Premiere等；2. 将流动光线效果与其他特效结合，制作出更丰富的视觉效果；3. 探究光线的其他特性，如衍射、干涉等，丰富实验内容。
光的路线实验报告
一、实验目的1. 验证光在同种均匀介质中沿直线传播的原理。
2. 探究光的折射现象，并理解折射定律。
3. 通过实验加深对光学知识的应用和理解。
二、实验器材1. 平面玻璃板1块2. 红色激光笔1支3. 绿色激光笔1支4. 蓝色激光笔1支5. 白色纸板1张6. 针1枚7. 直尺1把8. 记号笔1支9. 记事本1本三、实验原理1. 光在同种均匀介质中沿直线传播。
2. 当光线从一种介质进入另一种介质时，光线会发生折射，折射角与入射角之间存在一定的关系，即折射定律。
四、实验步骤1. 将平面玻璃板放置在水平桌面上，确保玻璃板平稳。
2. 使用红色激光笔，对准玻璃板的一端，调整激光笔的角度，使激光束垂直照射到玻璃板上。
3. 在玻璃板另一侧，用针在纸板上扎一个小孔，使激光束通过小孔。
4. 观察激光束在纸板上的传播路径，用记号笔在纸板上标记出激光束的直线传播路径。
5. 重复步骤2-4，分别使用绿色和蓝色激光笔进行实验，观察并记录激光束的传播路径。
6. 在玻璃板的一侧，用直尺测量激光束的入射角和折射角，记录数据。
7. 比较不同颜色激光束的入射角和折射角，分析折射现象。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，红色、绿色和蓝色激光束在纸板上的传播路径均为直线，验证了光在同种均匀介质中沿直线传播的原理。
2. 通过测量不同颜色激光束的入射角和折射角，发现入射角与折射角之间存在一定的关系，符合折射定律。
3. 分析实验结果，得出以下结论：a. 光在同种均匀介质中沿直线传播。
b. 当光线从一种介质进入另一种介质时，光线会发生折射，折射角与入射角之间存在一定的关系。
c. 不同颜色的激光束在折射现象中表现出不同的折射角，这与不同颜色的光的波长有关。
六、实验总结本次实验通过验证光在同种均匀介质中沿直线传播的原理，以及探究光的折射现象，加深了对光学知识的理解和应用。
在实验过程中，应注意以下几点：1. 实验器材的摆放要平稳，避免因倾斜导致实验结果不准确。
光流法简述
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论文题目：光流法简述
2014年12月20日
光流法简述
引言
基于机器视觉的运动目标方法比较主流的有帧差法、背景差法、光流法等。相比其他几种而言，光流法来源于仿生学思想，从更加本质的方面揭示了基于视觉的运动目标检测的原理；比其他方法有更加牢固的数学基础；也比其他方法有更高的检测精确性等诸多优势。只要在有限的牺牲精确度的情况下解决了光流法的计算复杂性问题，该方法必然能成为运动目标检测问题的唯一首选方案。
研究生物行为，将生物科学与工程学相结合是未来科学发展的趋势，也是目前世界上公认的研究方法。从对昆虫的视觉机理实验中，科学家们已经发现了大量的昆虫在导航的时候使用的真是光流法。试想一下，昆虫仅仅具有简单的大脑和及其微弱的计算能力，但却表现出令人惊叹的复杂导航行为，这个事实给了我信息，我个人为：通过改进算法和硬件，更深入的学习大自然，必然能解决光流法的实时性差这一难题，将其推向实用。基于此，将现阶段我所了解的光流法的原理与应用方面总结整理，遂成此文。由于本人从事智能车方面的项目，设计移动目标检测和导航问题，故主要只写了这两方面的应用。
(1)Horn-Schunck算法
Horn-Schunck光流法是在基于强度不变假设的条件下，引入了全局光流平滑约束假设，假设在整个图像上光流的变化是光滑的，即物体运动矢量是平滑的或只是缓慢变化的，尤其对刚体来说，其各相邻像素点间的速度是相同的。Horn和Schunck利用光流约束方程和全局光流平滑假设一起来计算V，该方法得到的是稠密光流场，由于相邻像素点运动速度相同，因而对于局部区域来说，其速度的空间变化率为零，进而得出光流矢量的梯度接近于0，Horn引入的约束条件的基本思想是光流需要尽可能的平滑，使平滑约束项 极小化。
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计算方法实验报告
2.摄像头结果
五、计算结果的分析
1.实验分析
通过本次实验以及课堂上同学展示的光流法的在生活科技中的应用，我们可以看出：在许多问题的研究中，光流都起着重要作用，在计算机视觉的较高层视觉算法中，光流是一个比较重要的输入，可以实现诸如目标分割、识别、跟踪、机器人导航以及形状信息恢复等重要的任务；通过二维物体表面上的光流来研究三维结构和运动，是计算机视觉研究领域内一项很有意义和挑战的任务；在其它领域的应用中，光流信息的作用也是很明显的，例如心脏手术后，对病人心脏波动的监测、海洋及大气过程的研究和预测等。
所以看出，光流的研究不仅仅计算机视觉中，也在其他有关研究领域中是一个重要部分。
2.心得体会
本次实验中我们小组用vc6.0来实现，因此对vc6.0有了充分的了解，并利用其进行了运动物体跟踪监测的程序编译，初步了解了该视频处理环境的具体功能以及调用方法，并了解了视频跟踪中所涉及的一些算法以及图像处理的技巧。
通过本次实验基本掌握了图像跟踪各模块的具体应用方式，同时加深了小组成员之间的了解，也提高了各自的合作能力，总的来说在这次实验中受益颇深。