所谓的“光流”(optical flow),指从图像序列的连续两帧图像中复原出位移场,可以作为图像理解、图像分析等许多相关领域的基础,如何估计光流是计算机视觉领域的一个核心问题。变分法从数学角度为光流计算提供了一个新的、完善的理论框架,经过数十年的发展,基于变分法的光流计算技术已经极为成熟,但光流计算的效率问题一直困扰着人们。光流计算可分为小位移、大位移两种类型,在小位移变分光流计算领域,本文将用于求解变分模型的几种迭代方法进行了总结,并根据变分光流模型的原理提出了一种简化算法,极大地降低了计算成本;在大位移变分光流计算领域,多尺度方法的提出使得小位移光流模型可以计算大位移光流,同时也加重了计算变分模型规则项的负担,本文提出了三种大位移变分光流模型的快速方法,解决了规则项求解过程中的不可微问题,加速了规则项的收敛,从而提高了计算效率。实验证明本文所提方法均能在保证精确度的前提下提高计算效率。各向同性扩散模型边缘保持能力通常较弱,本文将1范数全变分模型规则项引入光流模型中,提出了一种新的非线性扩散大位移光流模型,并针对模型引入快速方法求解,实验证明论文所提模型具有较好的边缘保持能力。