計算機(jī)視覺的理論框架探索論文

1、計算機(jī)視覺的理論框架探索論文 計算機(jī)視覺的理論框架探索 引言 在計算機(jī)系統(tǒng)中，計算機(jī)視覺是通過模擬人類視覺，從而對不同事物進(jìn)行相關(guān)描述， 以獲得更全面的信息。隨著計算機(jī)視覺在文字識別、漫步機(jī)器人和導(dǎo)航中的成功應(yīng)用，計 算機(jī)視覺的理論框架研究顯得越來越重要，對丁-促進(jìn)我國計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)水平不斷提升具 有重要意義。 1計算機(jī)視覺的理論框架 隨著計算機(jī)視覺的不斷研究和總結(jié)，從二維景物圖像發(fā)展到三維景物圖像，計算機(jī)視 覺的理論框架主要有如下三個： 1.1計算視覺理論框架在七十年代中期，有關(guān)研究人員提出了第一個計算機(jī)視覺理 論框架，即計算視覺理論，將視覺過程看作是信息處理過程，并將信息處理過程分為三個

2、不同的層次，它們分別是計算理論層次、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次和硬件實現(xiàn)層次，從而對計算機(jī)視 覺進(jìn)行全面分析。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)和資料顯示，視覺是對圖像的位置、形狀和特征等進(jìn)行描 述，因此，計算理論層成為了研究的重點，進(jìn)而將視覺過程看作是從二維圖像信息中對圖 像進(jìn)行重塑，從而將三維物體的形狀、位置和空間等反映出來，最終形成三維圖像。 由此可見，早期的視覺處理是從輸入的二維圖像中獲得二維要素圖，即圖像中強(qiáng)度變 化較強(qiáng)時的位置和兒何分布情況、結(jié)構(gòu)等;中期的視覺處理是從二維要素圖中獲得二點五 維圖，即以觀察者為中心，對表面的法向、深度和不連續(xù)的輪廓等進(jìn)行觀測。雖然二點五 維包含的深度信息比二維要多，但還不是真正意義上的

3、三維表示，而僅僅是有多個相對獨 立的視覺模塊組成的，在相關(guān)研究中被稱作是“shape from X”模型，將運(yùn)動視覺、立體 視覺等融入到其中;后期視覺處理是指從二點五維圖中獲取物體的三維描述，從而將場景 中的物體識別處理，確定物體的確切位置和姿態(tài)。 1.2基丁知識的視覺理論框架在計算機(jī)視覺理論中，基丁知識的視覺理論框架，是 圍繞感知特征群集來進(jìn)行相關(guān)研究的，從而通過人類感知的經(jīng)驗來描述目標(biāo)，最終確定物 體在場景中的真正位置、形態(tài)等。相關(guān)研究人員認(rèn)為，基于知識的視覺理論可以通過知識 的引導(dǎo)來直接完成三維重建，以將相對應(yīng)觀察方向保持不變動二維特征稱作是非偶然性聚 類，而人體中視覺識別發(fā)揮重要作用的

4、一種感知組織，通過對非偶然性聚類的檢測，可以 有效辨別出目標(biāo)。 因此，首先是利用感知組織來提取圖像中相對于觀察方向大范圍變化，并XL保持不變 的分組和結(jié)構(gòu)等;然后，利用概率排隊的方法來進(jìn)行模型匹配，從而縮小檢測空間;最后， 通過對觀察點的未知求解和尋找模型參數(shù)對應(yīng)關(guān)系，使三維模型的投影和圖像得到最合適 的匹配，最終完成三維重建。 1.3主動視覺理論框架第三種計算機(jī)視覺理論框架是中東視覺理論礦坑，是根據(jù)人 類視覺的主動性特征提出的。由于人類視覺會根據(jù)口己的意識選擇視野范圍內(nèi)所看見的事 物的主次，從而移動身體、轉(zhuǎn)向或者改變視角，因此，人們的視覺過程是與所在環(huán)境交互 感知和動作的過程。在計算機(jī)視覺理

5、論框架的主動視覺框架中，視覺行為不需耍三維物體 的相關(guān)精確信息，就可以完成物體重建。主動視覺系統(tǒng)根據(jù)所需的物體對象特征、分析結(jié) 果和當(dāng)前要求等，通過控制攝像機(jī)的相關(guān)操作，如取向、位置、焦距等，就可以完成相關(guān) 處理任務(wù)和信息交換。與此同時，主動視覺還可以用改變攝像機(jī)的參數(shù)和處理攝像后的數(shù) 據(jù)等，使圖像的時間、空間和分辨率等發(fā)生變化，從而增強(qiáng)圖像的感知效果。 2計算機(jī)視覺理論框架存在的問題 現(xiàn)代發(fā)展中，計算機(jī)視覺理論框架的提出，是計算機(jī)視覺領(lǐng)域研究的重要突破，而在 這個發(fā)展過程中，存在著如下一些問題，影響計算機(jī)視覺理論框架的更完善構(gòu)建。由丁視 覺過程是成像過程的逆過程，存在著混合、投影、噪音和畸變

6、等干擾因素，使圖像三維重 建存在不穩(wěn)定性和不確定性，因此，從一幅景象到多幅景象的重建存在很多困難，使三維 圖像的準(zhǔn)確性和通用性大大降低。并1L,計算視覺理論認(rèn)為輸入是彼動的，整個視覺過程 口下而上不存在反饋，處理目的沒有發(fā)生任何改變，因此，對物體的確切位置和形狀有一 定要求。 另外，有關(guān)學(xué)者提出計算機(jī)視覺理論框架沒有充分運(yùn)用知識，對知識表達(dá)沒有給以高 度重視，從而忽略知識推理和知識庫的構(gòu)建，沒有對空間約束和場景假設(shè)進(jìn)行充分考慮， 從而使場景假設(shè)受到局限。并XI,沒有進(jìn)行多次的分析和試驗，致使計算機(jī)視覺理論框架 構(gòu)建存在很多問題。 基于知識的理論框架忽略了計算視覺理論的重要性，認(rèn)為人類視覺和重建

7、無關(guān)，然而, 在進(jìn)行物體尺寸判斷、物體距離估算等情況時，光靠識別是不夠的，必須要依靠三維重建, 才能將物體的確切位置、形狀等準(zhǔn)確地描述出來。 主動視覺理論沒有排除三維重建，通過改變攝像機(jī)的參數(shù)和角度等，來改變物體空間、 時間和分辨率的感知效果，從而對圖像出來過程進(jìn)行相關(guān)約束，使很多不穩(wěn)定和不合適的 問題得到有效解決，最終完成三維重建。運(yùn)用主動視覺理論框架，可以大大降低問題的難 度，但主動視覺理論框架仍存在缺乏高層知識指導(dǎo)的問題，導(dǎo)致主動視覺框架還不夠完整, 使計算機(jī)視覺理論框架構(gòu)建受到一定影響。 3計算機(jī)視覺理論框架構(gòu)建的新發(fā)展 在計算機(jī)視覺理論框架的構(gòu)建過程中，計算視覺理論比較系統(tǒng)地解釋了從

8、二維圖中獲 取三維物體形態(tài)的方法和可能性，而基于知識的實際理論和主動視覺理論則對計算視覺理 論進(jìn)行了補(bǔ)充和進(jìn)一步提升。因此，計算機(jī)視覺理論框架的新發(fā)展，可以以計算視覺理論 為主，將基丁知識的視覺理論和主動視覺理論結(jié)合到一起，從而使計算機(jī)視覺系統(tǒng)框架變 得更加完善。 在實際應(yīng)用過程中，將早期視覺處理分為圖像分割、圖像預(yù)處理和二維模式識別等， 以對二維圖像進(jìn)行濾波降噪和圖像增強(qiáng)等，因此，不需要知識引導(dǎo)和控制視覺目的。在圖 像分割、二維圖像模式識別、中期處理、后期處理和三維模式識別的過程中，沒有知識引 導(dǎo)和模型匹配，最終得出的圖像效果會更好、更完整。在早期視覺處理和后期視覺處理中, 二維模式和三維模式的識別，需要根據(jù)物體的實際情況來確定，由丁特征、模型等各不一 樣，所以，二維物體和三維物體的描述方式也各不相同。 由二維信息的質(zhì)量會影響三維信息的效果，因此，在計算機(jī)視覺中，二維信息應(yīng)當(dāng) 給以高度重視。而模型庫和視覺目的的應(yīng)用，為計算機(jī)視覺理論框架構(gòu)建提供了更多的信 息。由此可見，在計算機(jī)視覺系統(tǒng)中，通過視覺目的來進(jìn)行物體形象、位置等的輸出判斷, 同時，運(yùn)用視覺目的可以對圖像分割和二維模式識別、中期視覺處理、后期視覺處理和三 維模式識別等進(jìn)行有效控制，最終使三維重建的圖像信息更加完整。 4結(jié)束語 隨著高科技信息技術(shù)的不斷推廣，計算機(jī)視覺理論框架的研究已經(jīng)成為目前重點關(guān)注 對象之一，