計算機視覺概況

計算機視覺概況孟春嬋測試計量技術及儀器一、定義

計算機視覺是用計算機來模擬人的視覺機理獲取和處理信息的能力。計算機視覺是使用計算機及相關設備對生物視覺的一種模擬。它的主要任務就是通過對采集的圖片或視頻進行處理以獲得相應場景的三維信息，就像人類和許多其他類生物每天所做的那樣。計算機視覺要達到的基本目的至少有三個：

1.根據一幅或多幅二維投影圖象計算出觀察點到目標物體的距離;

2.根據一幅或多幅二維投影圖象計算出目標物體的運動參數；

3.根據一幅或多幅二維投影圖象計算出目標物體的表面物理特性；

要達到的最終目的是實現對于三維景物世界的理解,即實現人的視覺系統(tǒng)的某些功能。

計算機視覺研究的本質問題——利用二維投影圖象來重構三維物體的可視部分。計算機視覺既是工程領域，也是科學領域中的一個富有挑戰(zhàn)性重要研究領域。計算機視覺是一門綜合性的學科，它已經吸引了來自各個學科的研究者參加到對它的研究之中。其中包括計算機科學和工程、信號處理、物理學、應用數學和統(tǒng)計學，神經生理學和認知科學等。

二、計算機視覺的研究方法與內容1、交叉學科涉及幾何(射影幾何、空間解析幾何)、線性代數、概率、隨機過程、優(yōu)化方法、信息論、生理學、心理學、光學、熱力學等2、主要方法從簡化世界出發(fā)(早期的主要手段)恢復精確三維形狀3、研究內容立體視覺、運動視覺、ShapefromX、高層表示與推理、視覺學習、主動視覺三、視覺系統(tǒng)

計算機視覺系統(tǒng)的結構形式很大程度上依賴于其具體應用方向。有些是獨立工作的，用于解決具體的測量或檢測問題；也有些作為某個大型復雜系統(tǒng)的組成部分出現，比如和機械控制系統(tǒng)，數據庫系統(tǒng)，人機接口設備協(xié)同工作。計算機視覺系統(tǒng)的具體實現方法同時也由其功能決定——是預先固定的抑或是在運行過程中自動學習調整。盡管如此，有些功能卻幾乎是每個計算機系統(tǒng)都需要具備的：

1、圖像獲取一幅數字圖像是由一個或多個圖像感知器產生，這里的感知器可以是各種光敏攝像機，包括遙感設備，X射線斷層攝影儀，雷達，超聲波接收器等。去絕不與同的感知器，產生的圖片可以是普通的二維圖像，三維圖組或者一個圖像序列。圖片的像素值往往對應于光在一個或多個光譜段上的強度（灰度圖或彩色圖），但也可以是相關的各種物理數據，如聲波，電磁波或核磁共振的深度，吸收度或反射度。

2、預處理在對圖像實施具體的計算機視覺方法來提取某種特定的信息前，一種或一些預處理往往被采用來使圖像滿足后繼方法的要求。例如：二次取樣保證圖像坐標的正確；平滑去噪來濾除感知器引入的設備噪聲；提高對比度來保證實現相關信息可以被檢測到；調整尺度空間使圖像結構適合局部應用。3、特征提取從圖像中提取各種復雜度的特征。例如：線、邊緣提取；局部化的特征點檢測如邊角檢測，斑點檢測；更復雜的特征可能與圖像中的紋理形狀或運動有關。4、檢測分割在圖像處理過程中，有時會需要對圖像進行分割來提取有價值的用于后繼處理的部分，例如：篩選特征點；分割一或多幅圖片中含有特定目標的部分。5、高級處理到了這一步，數據往往具有很小的數量，例如圖像中經先前處理被認為含有目標物體的部分。這時的處理包括：驗證得到的數據是否符合前提要求；估測特定系數，比如目標的姿態(tài)，體積；對目標進行分類。四、主要研究的問題比如簡單幾何圖形識別，人臉識別，印刷或手寫文件識別或者車輛識別。1、識別一個計算機視覺，圖像處理和機器視覺所共有的經典問題便是判定一組圖像數據中是否包含某個特定的物體，圖像特征或運動狀態(tài)。2、運動基于序列圖像的對物體運動的監(jiān)測包含多種類型，諸如：自體運動：監(jiān)測攝像機的三維剛性運動。圖像跟蹤：跟蹤運動的物體。3、場景重建給定一個場景的二或多幅圖像或者一段錄像，場景重建尋求為該場景建立一個計算機模型/三維模型。最簡單的情況便是生成一組三維空間中的點。更復雜的情況下會建立起完整的三維表面模型。4、圖像恢復圖像恢復的目標在于移除圖像中的噪聲，例如儀器噪聲，模糊等。五、視覺系統(tǒng)研究的三個層次計算機視覺就是用各種成象系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入敏感手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。計算機視覺的最終研究目標就是使計算機能象人那樣通過視覺觀察和理解世界，具有自主適應環(huán)境的能力。1、計算理論層次信息處理的計算理論，研究的是對什么信息進行計算和為什么要進行這些計算。2、表達與算法層次

研究的是如何進行所要求的計算，也就是要設計特定的算法，能把某種實體或某幾類信息表達清楚的形式化系統(tǒng)。

3、硬件實現層次

研究完成某一特定算法的計算機構。六、視覺信息處理的三個階段

按視覺信息的表示，可將視覺信息處理分為三個階段：1、初始簡圖檢測亮度的變化，表示并分析局部的幾何結構，以及檢測光源、強光部和透明度等照明效應等，這一步得到的表示稱為初始簡圖。未處理的初始簡圖：邊緣、線、點等，基元圖完全的初始簡圖：對原始的基元進行選擇、聚合和概括等過程來構成更大、更為抽象的標記。2、2.5維簡圖建立包括表面朝向，觀察者的距離，以及朝向