1. 什么是视觉
视觉是(shì)一个古老的研究课(kè)题,同时又是人类观察世(shì)界、认(rèn)知世界(jiè)的(de)重(chóng)要功能和手(shǒu)段。人类从外界获得的信(xìn)息约有75%来自视觉系统,用机器模(mó)拟人类的视(shì)觉功能是人们多年的梦想。视(shì)觉神经生理学,视觉(jiào)心里学,特别是计算机技术、数字图像处理(lǐ)、计算机(jī)图形(xíng)学、人工智能(néng)等(děng)学(xué)科的发展,为利(lì)用计算机实现(xiàn)模(mó)拟人类的视觉成为可(kě)能。在现代工业自动化生产过程中,计算(suàn)机视觉正成为一种提高生(shēng)产(chǎn)效率和检验(yàn)产品质量的(de)关键技术(shù)之一(yī),如(rú)机器(qì)零件(jiàn)的(de)自动检测、智能(néng)机器人控(kòng)制、生产(chǎn)线的(de)自动监(jiān)控等;在国防和航天等领域,计算机视觉也具有较重(chóng)要的意义,如运(yùn)动目标的(de)自动跟踪(zōng)与识(shí)别、自主车导航及空间机器人的视觉控制(zhì)等(děng)。
人类视觉过(guò)程可以(yǐ)看作是一个从感觉到知(zhī)觉的复杂过程(chéng),从狭义上来说(shuō)视觉的(de)最终(zhōng)目的是要对场景(jǐng)作出对观(guān)察者有意义的解释和描述;从广义上说,是根据周围的环境(jìng)和观察者(zhě)的意愿,在解释和描述的基(jī)础(chǔ)上做出(chū)行为规划(huá)或行为决策。计算机视觉(jiào)研究的(de)目的使计算机具有(yǒu)通过(guò)二维图像信(xìn)息来认知三维环(huán)境信(xìn)息的能力,这种能力不(bú)仅使机器能感知三维环境中物体(tǐ)的几何信息(如形状、位置、姿(zī)态运动等(děng)),而且(qiě)能进一步对它们进行描述、存储、识(shí)别与理解,计算机视(shì)觉己经发展起(qǐ)一套独立(lì)的计算理论与算法。
2. 什么是(shì)计算(suàn)机双目立体视觉
双目(mù)立(lì)体视觉(Binocular Stereo Vision)是(shì)机器视觉的(de)一种重要形式,它是基(jī)于视差原理(lǐ)并利用成像设备(bèi)从不同的位置获取被(bèi)测物体的两幅图(tú)像,通(tōng)过计算图像对(duì)应点间(jiān)的位置偏差,来获取物体三(sān)维几何信息的方法。融合两只眼睛获得的图像并观察它(tā)们(men)之间(jiān)的(de)差别,使我们可(kě)以获得(dé)明显的深(shēn)度感(gǎn),建立特征间的对应关系,将同一(yī)空间物理点在不同图像中(zhōng)的(de)映像点对应起来,这个差别,我们称作视差(Disparity)图像。
双目立(lì)体视(shì)觉测量方法(fǎ)具有(yǒu)效(xiào)率(lǜ)高、精度合适、系统结构简单、成(chéng)本低等优点,非常适合于制造现(xiàn)场的在线(xiàn)、非接触产品检(jiǎn)测和质量控制。对运动(dòng)物体(tǐ)(包括动物和人体形体)测量中,由于(yú)图像获取是在瞬间(jiān)完成的(de),因此(cǐ)立体视觉方法是一(yī)种(zhǒng)更有效的测量方法。双目(mù)立体视觉系统是计(jì)算机视觉的(de)关键技(jì)术之一,获取空间三维(wéi)场景的距离信息(xī)也是计(jì)算机视觉研(yán)究中最基(jī)础的内容。
双目立(lì)体视觉(jiào)的(de)开创性工作始(shǐ)于上世纪的60年(nián)代中期(qī)。美国MIT的Roberts通(tōng)过从(cóng)数字图像中提取立(lì)方体、楔形体和棱柱体等简单规则多(duō)面体的(de)三维结(jié)构,并(bìng)对物(wù)体的形状(zhuàng)和空(kōng)间关(guān)系进行描述(shù),把过(guò)去的简(jiǎn)单二维图像分析推广(guǎng)到了(le)复(fù)杂的三(sān)维场(chǎng)景,标志(zhì)着立(lì)体视觉技术的诞生。随着(zhe)研(yán)究的(de)深入,研究的范围从(cóng)边(biān)缘(yuán)、角点等特征的提取,线条、平面、曲面等几何要素的(de)分析,直到对图像明暗、纹(wén)理、运动(dòng)和成像(xiàng)几(jǐ)何等进行(háng)分(fèn)析,并建(jiàn)立(lì)起各种数(shù)据(jù)结构和推理(lǐ)规则。特别是上世纪80年(nián)代初,Marr首次将图像处理、心(xīn)理物理学(xué)、神经(jīng)生理学和临床精神病学的研究成(chéng)果(guǒ)从信息处(chù)理的角度(dù)进行概括,创(chuàng)立了视觉计算理论框架。这一(yī)基本(běn)理论(lùn)对立(lì)体视觉技术的发展产生了极大的推动作用,在这一领域(yù)已形成了从图像的获(huò)取到最终的(de)三维(wéi)场景可视表面(miàn)重构的完(wán)整体系,使得立体(tǐ)视觉(jiào)已成为计算机视觉中一个非常重(chóng)要(yào)的(de)分支。
3、总结
经过几十年来(lái)的发展,立体视觉(jiào)在机器人(rén)视觉、航空测绘、反求工程、军事运用、医学成像(xiàng)和工业检(jiǎn)测等领域中的运(yùn)用(yòng)越来越广。
以视觉系统为(wéi)基础的三维非接触式高速测量(liàng)是一(yī)个重要(yào)的研究方向,双目立体视觉方法是其(qí)中一种最常用(yòng)的(de)方法。为了能够将这些技术应用在实际的无人(rén)机项目中,需要尽可能提高算法的效(xiào)率与精度。

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