A Functional for Motion Estimation of a Deforming Body. Une Fonctionnelle pour L'Estimation de Mouvement D'Objets Déformables

A Functional for Motion Estimation of a Deforming Body

Une Fonctionnelle pour L'Estimation de Mouvement D'Objets Déformables

Vincent Devlaminck

Laboratoire de Mesures Automatiques, Université des Sciences et Technologies de Lille, Bâtiment P3, 3ème étage F-59655 Villeneuve d'Ascq cedex

Page: 
423-432
|
Received: 
11 July 1995
| |
Accepted: 
N/A
| | Citation

OPEN ACCESS

Abstract: 

Assuming that the pixel values in the images are proportional to some conservedquantity, a new penalty function is defined for motion estimation of a deforming body. We use the theory of linear elasticity and the conservation laws of continuum medium to propose new constraining terms. The introduction of a deformation model gives a new interpretation of the Song and Leahy's solution [Song 911. Examples of experiments using simulated and real images of deforming body are presented. The method is able to take into account compressible or incompressible motion according to the parameter values. 

Résumé 

Une nouvelle fonctionnelle pour l'estimation du mouvement d'objets déformables est proposée dans le cadre de l'étude des images de milieux continus où la valeur des pixels est proportionnelle à la densité d'une grandeur. Cette nouvelle fonctionnelle repose sur le concept de l'énergie de déformation élastique et les principes de conservation des milieux continus. L'introduction a priori d'un modèle physique de déformation, permet une nouvelle interprétation de la fonctionnelle proposée par Song et Leahy [Song 911. Des résultats obtenus à partir de simulations montrent la possibilité de prise en compte du caractère compressible ou non de la déformation. Des résultats sur séquence d'images réelles sont également présentés.

Keywords: 

Motion Estimation, Deformation, Theory of linear Elasticity, Density Images .

Mots clés 

Estimation de mouvement, Déformation, Elasticité linéaire, Images de densités .

1. Introduction
2. Images de Densité et Théorie des Milieux Continus
3. Déformation d'un Milieu Continu
4. Milieu Élastique Linéaire, Énergie de Déformation
5. Construction de la Fonctionnelle d'Estimation
6. Analyse de la Fonctionnelle de Song et Leahy
7. Expérimentations et Résultats
8. Conclusion
Annexe
  References

[Aisb-89] J. Aisbett. «Optical flow with an intensity-weighted smoothing constraint.»IEEE Transac. on Pattern Analysis Mach. Intell., PAMI-11, n°5, pp. 512-522, 1989. 

[Chou93] Wen-Show Chou, Yung-Chang Cher. «Estimation of the velocity field of two-dimensional deformable motion. »Pattern Recognition, Vol. 26, N°2, pp. 351-364, 1993. 

[Dev195] V. Devlaminck, J.P. Dubus. «A finite element method for nonrigid motion estimation.» Proc. Intelligent Robots and Computer Vision XIVSPIE's Photonics East Symposium, Vol.2588 pp.312-319, Philadelphia, PA., 22-26 October 1995. 

[Devl-96] V. Devlaminck, J.P. Dubus. «Non-rigid motion estimation for density images of a beating heart.» Proc. of Medical Imaging, SPIE., Vol . 2709, pp.433-442. Newport Beach, USA, Feb 1996.

[Fenn-79] C. Fennema, W. Thompson. «Velocity determination in scenes containing several moving objects. >>Comput. Vision Graphics Images Process., 9, pp. 301-315, 1979. 

[Fitz-85] J.Fitzpatrick. «A method for calculating fluid flow in time dependent images based on the continuity equation» in Proc. IEEE Conf Comput. Vision, Pattern Recog. Vol CVPR-85, San Francisco, CA, 1985, pp 78-81. 

[Fitz-881 J.Fitzpatrick. «The existence of Geometrical Density-Image Transformation corresponding to Object Motion.» Computer Vision, Graphics and Image Processing, 44, pp. 155-174, 1988.

[Gorc-94] J. Gorce, D. Friboulet, I. Magnin. «Méthode d'estimation dumouvement des parois cardiaques àpartir d'images 31).»Revue Innovation etTechnologieenBiologieet Medecine(ITBM). Vol.15, n°5, pp.570-582, 1994. 

[Henr82] J.P. Henry, F. Patsy. «Cours d'élasticité.» DunodUniversité, 1982. 

[Horn-81] B. Horn, B. Schunck. «Determining Optical Flow.>>Artificial Intelligence, Vol. 17, pp. 185-203, 1981. 

[Lela-95] L. Lelaurin,A. Yacoubi, V. Devlaminck, J.P. Dubus. «Motion estimation by using a neuromimetic approach..» IEEE-International Conference oin Neural Networks (ICNN'95), Vol. 6, pp 2917-2921, Decembre 1995- Perth, Australie. 

[Nage-86] H.H. Nagel, W. Enkelmann. «An investigation of smoothness constraints for the estimation of displacement vector fields from image sequences." IEEE Transac. Pattern Analysis Mach. Intell., PAMI-8 n°5, pp. 565-593, 1986. 

[Pogg-85] T. Poggio, V.Torre,C.Koch.«Computational vision and regularization theory. >> Nature, pp. 314-319, 1985.

[Snyd-91] M.A. Snyder. «On the mathematical foundations of smoothness constraints for the determination of optical flow and for surface reconstruction .>> IEEE Transac. Pattern Analysis Mach. Intell., PAMI-13, No 11, pp. 11051114, Novembre 1991. 

[Sute-94] D. Suter. «Mixed-Finite Element based motion estimation.» Revue Innovation et Technologie en Biologie et Medecine (ITBM), Vol. 15 n°3, pp.293-307, 1994. 

[Song-91] S. Song, R. Leahy. «Computation of 3D Velocity Fields from 3D Cine CT Images of human Heart. >> IEEE Transac. On Medical Imaging, Vol. 10 n°3, pp. 295-306, 1991. 

[Terz-861 D. Terzopoulos. «Regularization of inverse visual problems involving discontinuities. >>IEEE Transac. Pattern Analysis Mach. Intell., PAMI-8, No 4, pp. 413-423, July 1986. 

[Tikh-77] A. Tikhonov, V. Arsenin. «Solution of Ill-posed Problems. >> gauche Washington DC, Winston and Sons, 1977.