在视频测量(Video Measurement,VM)中,通常利用像素位移的结果来提取场景中对象的运动特征。光流是描述视频序列中连续两帧之间像素相对位移的矢量场,光流法是估计该矢量场的方法,可用来获得对象的运动特征。目前光流法已应用于目标识别、获得运动目标掩模等领域,此外它在风洞试验模型表面的全局摩阻测量中也必不可少。在众多光流法中,以Horn-Schunck(HS)法为代表的变分光流法由于能得到稠密的光流场信息而备受研究人员的关注。但变分光流法作为一种高质量光流法,存在计算复杂、计算量大的问题,对于高分辨的图像难以达到实时处理的要求,限制了它在实际工程中的应用。现有的各种硬件加速方案对高分辨率图像均难以达到实时光流计算的效果,开展光流法的硬件加速技术研究,对需要快速获得目标运动信息的工程领域具有重大研究意义。为此,本文围绕高分辨率图像实时光流计算开展以下研究:1、本文从变分光流法的理论模型入手,详细分析了变分光流法中使用到的技术策略。以此提出:1)增量更新的数值求导方法,减少梯度计算阶段的时间开销;2)基于动态灰度阈值的图像序列处理策略,剔除部分受光照变化影响的像素点,提升算法效率。2、通过总结变分光流计算的通用工作流程,对其进行并行性与时间复杂度分析,以此设计基于GPU的并行优化策略:1)利用共享内存提高数据访问速度,加快计算进程;2)设计图像数据并行存储检索结构,减少数据传输耗时,达到提高实时性的目的。3、研究硬件资源优化方案以及时间消耗预测模型。在给定硬件资源的情况下,根据图像分辨率以及迭代次数预测光流计算耗时,实验人员以此作为参考,在考虑硬件资源与实时性最优的情况下对图像分辨率、迭代次数或相机帧率等进行修改。硬件资源优化分析提供了为达到更优实时处理效果的硬件资源分配方案。4、搭建基于CPU-GPU的实时光流计算系统,首先设计了系统总体方案,搭建系统硬件实现平台,安排PCIE数据传输时序。开发了负责实时监控、光流场动态显示的交互软件,该软件还负责配置相机等其它参数、存储光流计算结果。该系统对于分辨率为1728×2352的图像,实时处理速度达到80帧/秒(fps)。