Original paper

Evaluation of Efficient Methods for Optical Flow Computation

Frey, Daniel; Ulrich, Markus; Hinz, Stefan

Abstract

The efficient computation of optical flow is a prerequisite for a large number of applications, which led to the development of various different optical flow algorithms in the past years. Optical flow describes for each pixel in the first image its position in the second image. Hence, it provides the basis to analyze ego-motion or motion of objects between two images in a pixel-wise fashion. Despite of the fact that many efficient solutions to calculate the optical flow have been developed in the past, there is a lack of research simultaneously comparing the accuracy and the run-time efficiency of these algorithms systematically. After the mathematical definition of the optical flow, the basic principles of four selected methods of optical flow computation are explained. The main contribution of this article is the evaluation of these algorithms. The studied algorithms are on the one hand so called multigrid methods and on the other hand approaches that are based on wavelet decomposition. All algorithms have in common that they prospect high performance. The motivation of the evaluation is to help the reader to find the most suitable algorithm for his task.

Kurzfassung

Die effiziente Berechnung des optischen Flusses zwischen zwei Bildern ist Voraussetzung für eine Vielzahl von Anwendungen und daher in der Bildverarbeitung weiterhin aktuelles Forschungsthema. Der optische Fluss beschreibt für jeden Bildpunkt in einem Bild einer Bildfolge dessen Position im darauffolgenden Bild der Bildfolge. Damit lassen sich z. B. Bewegungsabläufe innerhalb einer Bildsequenz analysieren. In den letzten Jahren wurden verschiedene effiziente Lösungsmöglichkeiten entwickelt. Jedoch mangelt es an Arbeiten, die die Laufzeiteffizienzen dieser Algorithmen deren Genauigkeiten systematisch gegenüberstellen. Nach einer mathematischen Definition des optischen Flusses werden in diesem Artikel die Grundprinzipien von vier ausgewählten Algorithmen erläutert. Der Hauptbeitrag des Artikels ist die Evaluierung dieser Lösungsansätze. Bei den untersuchten Algorithmen handelt es sich um so genannte Mehrgitterverfahren sowie um Verfahren, die auf Wavelets beruhen. Allen gemeinsam ist, dass sie eine hohe Laufzeiteffizienz versprechen. Ziel der Evaluierung ist dabei auch, dem Leser eine Hilfestellung bei der Algorithmenwahl für seine spezielle Anwendung zu geben.

Keywords

optischer flusswaveletsmehrgitterverfahrenevaluierung