第1講-計算機視覺總論課件

計算機視覺概述計算機視覺概述1本節(jié)內(nèi)容人類視覺計算機視覺Marr的視覺計算理論框架視覺系統(tǒng)研究的三個層次視覺信息處理的三個階段計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域計算機視覺與圖像處理計算機視覺與計算機圖形學(xué)計算機視覺與模式識別計算機視覺與人工智能計算機視覺與心理物理學(xué)計算機視覺的應(yīng)用本節(jié)內(nèi)容人類視覺2百聞不如一見Onepictureisworthmorethantenthousandwords. 百聞不如一見Onepictureisworthmor3人類視覺視網(wǎng)膜外側(cè)膝狀體視皮層周圍環(huán)境中的物體在可見光的照射下，在人眼的視網(wǎng)膜上形成圖像，由感光細胞轉(zhuǎn)換成神經(jīng)脈沖信號，經(jīng)神經(jīng)纖維傳入大腦皮層進行處理與理解。人類視覺視網(wǎng)膜外側(cè)膝狀體視皮層周圍環(huán)境中的物體在可見光的照射4人類約有75%的信息是通過視覺系統(tǒng)獲取的。視覺是思維的一種最基本的工具人類視覺人類約有75%的信息是通過視覺系統(tǒng)獲取的。人類視覺5計算機視覺計算機視覺是一門研究如何使機器“看”的科學(xué)，即用攝影機和電腦代替人眼對目標進行識別、跟蹤和測量。用計算機實現(xiàn)對視覺信息處理的全過程計算機視覺計算機視覺是一門研究如何使機器“看”的科學(xué)，即用攝6計算機視覺人類視覺是通過人眼來感知世界的過程

輸入：通過眼睛對世界的觀察

輸出：對世界的感知計算機視覺人類視覺是通過人眼來感知世界的過程7計算機視覺計算機視覺是通過對圖像和視頻的分析處理，實現(xiàn)類似人類視覺感知能力的過程

輸入：圖像（images）或視頻（video）輸出：對象的恢復(fù)以及對對象信息的使用計算機視覺計算機視覺是通過對圖像和視頻的分析處理，實現(xiàn)類似人8本節(jié)內(nèi)容人類視覺計算機視覺Marr的視覺計算理論框架視覺系統(tǒng)研究的三個層次視覺信息處理的三個階段計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域計算機視覺與圖像處理計算機視覺與計算機圖形學(xué)計算機視覺與模式識別計算機視覺與人工智能計算機視覺與心理物理學(xué)計算機視覺的應(yīng)用本節(jié)內(nèi)容人類視覺9視覺的計算理論

——Marr的視覺計算理論框架DavidMarr(1945-1980)是英國心理學(xué)家。他將心理學(xué)、人工智能和神經(jīng)生理學(xué)的結(jié)果結(jié)合起來，對視覺的研究做出了重要貢獻。他是計算視覺的奠基人。DavidMarr70年代末在美國MIT提出了第一個較為完善的視覺系統(tǒng)框架此框架盡管存在很多缺陷，但過去20多年一直處于主導(dǎo)地位D.Marr,Vision,1982.中譯本：視覺計算理論姚國正、劉磊、汪云九譯，科學(xué)出版社，1988。視覺的計算理論

——Marr的視覺計算理論框架DavidM10Marr的視覺計算理論框架

——視覺系統(tǒng)研究的三個層次

Marr的視覺計算理論框架

——視覺系統(tǒng)研究的三個層次

11一個例子：超市的自動收銀機（cashregister)1)計算理論它做的是加法。為什么它做加法而不是乘法？2)表達與算法

加法的輸入輸出是十進制的阿拉伯?dāng)?shù)字。加法的算法是滿十進一。3)物理實現(xiàn)

由電線和晶體管組成的電子設(shè)備。一個例子：超市的自動收銀機（cashregister)1)12Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段低層視覺(Low-levelvision)

構(gòu)成所謂的“要素圖”(primarysketch),包含一些基本的圖像特征(角點、邊緣、線條、邊界、色彩、紋理等)Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段低層視13Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段低層視覺(Low-levelvision)

構(gòu)成所謂的“要素圖”(primarysketch),包含一些基本的圖像特征(角點、邊緣、線條、邊界、色彩、紋理等)Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段低層視14Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段低層視覺(Low-levelvision)

構(gòu)成所謂的“要素圖”(primarysketch),包含一些基本的圖像特征(角點、邊緣、線條、邊界、色彩、紋理等)Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段低層視15Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段中層視覺(Intermediate-levelvision)構(gòu)成對環(huán)境的2.5維描述，即部分的、不完整的三維信息描述(恢復(fù)場景可見部分的深度、法線方向、輪廓等，包含了深度信息，但不是真正的物體三維表示。)Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段中層視16Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段中層視覺(Intermediate-levelvision)構(gòu)成對環(huán)境的2.5維描述，即部分的、不完整的三維信息描述(恢復(fù)場景可見部分的深度、法線方向、輪廓等，包含了深度信息，但不是真正的物體三維表示。)Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段中層視17Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段中層視覺(Intermediate-levelvision)構(gòu)成對環(huán)境的2.5維描述，即部分的、不完整的三維信息描述(恢復(fù)場景可見部分的深度、法線方向、輪廓等，包含了深度信息，但不是真正的物體三維表示。)Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段中層視18Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段高層視覺(High-levelvision)

從2.5維描述得到完整的三維描述(恢復(fù)、表示和識別三維物體)Marr的視覺計算理論框架

——視覺信息處理的三個階段高層視19Marr模型的缺點：假定視覺系統(tǒng)是被動的，給什么圖像就處理什么缺乏或者未足夠重視高層知識的指導(dǎo)作用由局部信息到整體信息的單向過程，沒有反饋Marr框架的計算機視覺三階段Marr模型的缺點：Marr框架的計算機視覺三階段20本節(jié)內(nèi)容人類視覺計算機視覺Marr的視覺計算理論框架視覺系統(tǒng)研究的三個層次視覺信息處理的三個階段計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域計算機視覺與圖像處理計算機視覺與計算機圖形學(xué)計算機視覺與模式識別計算機視覺與人工智能計算機視覺與心理物理學(xué)計算機視覺的應(yīng)用本節(jié)內(nèi)容人類視覺21圖像處理(ImageProcessing)：實現(xiàn)從輸入圖像到另一種圖像的轉(zhuǎn)換（把輸入圖像轉(zhuǎn)換成具有所希望特性的另一幅圖象）。圖像去噪計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與圖像處理圖像處理(ImageProcessing)：實現(xiàn)從輸入圖像22計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與圖像處理圖像增強圖像處理(ImageProcessing)：實現(xiàn)從輸入圖像到另一種圖像的轉(zhuǎn)換（把輸入圖像轉(zhuǎn)換成具有所希望特性的另一幅圖象）。計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與圖像處理圖像增強圖23計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與圖像處理圖像修復(fù)圖像處理(ImageProcessing)：實現(xiàn)從輸入圖像到另一種圖像的轉(zhuǎn)換（把輸入圖像轉(zhuǎn)換成具有所希望特性的另一幅圖象）。計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與圖像處理圖像修復(fù)圖24計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與圖像處理圖像去模糊圖像處理(ImageProcessing)：實現(xiàn)從輸入圖像到另一種圖像的轉(zhuǎn)換（把輸入圖像轉(zhuǎn)換成具有所希望特性的另一幅圖象）。計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與圖像處理圖像去模糊25圖像中多余物體的去除計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與圖像處理圖像處理(ImageProcessing)：實現(xiàn)從輸入圖像到另一種圖像的轉(zhuǎn)換（把輸入圖像轉(zhuǎn)換成具有所希望特性的另一幅圖象）。圖像中多余物體的去除計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視26圖像處理(ImageProcessing)：實現(xiàn)從輸入圖像到另一種圖像的轉(zhuǎn)換（把輸入圖像轉(zhuǎn)換成具有所希望特性的另一幅圖象）。圖像處理：人是最終的解釋者計算機視覺：計算機是圖像的解釋者計算機視覺系統(tǒng)需要圖像處理模塊（利用圖像處理技術(shù)進行預(yù)處理和特征抽?。┯嬎銠C視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與圖像處理圖像處理(ImageProcessing)：實現(xiàn)從輸入圖像27計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與計算機圖形學(xué)計算機圖形學(xué)（ComputerGraphics）：從三維描述到二維圖像顯示。(給定關(guān)于景象結(jié)構(gòu)、表面反射特性、光源配置及相機模型的信息，生成圖像。

)計算機視覺：從二維圖像數(shù)據(jù)到三維描述。(給定圖象，推斷景象特性實現(xiàn)的是從模型到圖像的變換，也就是說從圖象數(shù)據(jù)提取信息，包括景象的三維結(jié)構(gòu)，運動檢測，識別物體等。)在一定意義上講，計算機視覺是計算機圖形學(xué)的逆問題兩者從最初相互獨立的平行發(fā)展到最近的融合是一大趨勢計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與計算機圖形學(xué)計算機28計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與模式識別模式識別（PatternRecognition）：研究各類模式的分類，其中模式可以有不同的物理意義和表現(xiàn)形式。例如，文字識別或指紋識別。字符識別計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與模式識別模式識別（29計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與模式識別模式識別（PatternRecognition）：研究各類模式的分類，其中模式可以有不同的物理意義和表現(xiàn)形式。例如，文字識別或指紋識別。計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與模式識別模式識別（30計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與模式識別圖像模式的分類是計算機視覺中的一個重要問題模式識別中的許多方法可以應(yīng)用于計算機視覺中在計算機視覺中模式識別技術(shù)經(jīng)常用于對圖象中的某些部分（例如分割區(qū)域）的識別和分類。模式識別（PatternRecognition）：研究各類模式的分類，其中模式可以有不同的物理意義和表現(xiàn)形式。例如，文字識別或指紋識別。計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與模式識別圖像模式的31計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與人工智能人工智能（Artificialintelligence）：主要研究智能系統(tǒng)的設(shè)計和有關(guān)智能的計算理論與方法AImaybeconsideredashavingthreestages:perception,cognitionandaction計算機視覺經(jīng)常被視為AI的一個分支計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與人工智能人工智能（32計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與心理物理學(xué)心理物理學(xué)(Psychophysics)：主要研究人類自身視覺系統(tǒng)的有關(guān)機理與現(xiàn)象計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與心理物理學(xué)心理物理33閃爍的藍點在你移動視線時，圖中的藍點似乎在閃爍。但如果盯住一個點，這種發(fā)光便消失蹤影。德國阿倫驗光研究所在1994年發(fā)現(xiàn)的閃爍網(wǎng)格錯覺現(xiàn)象“藍寶石之光”閃爍的藍點在你移動視線時，圖中的藍點似乎在閃爍。但如果盯住一34第1講-計算機視覺總論ppt課件35第1講-計算機視覺總論ppt課件36懷特效應(yīng)——1979年，塔斯馬尼亞高級教育學(xué)院的邁克爾·懷特發(fā)現(xiàn)了一種錯覺現(xiàn)象，徹底改變了視覺學(xué)的面貌。如圖所示，左側(cè)的灰條亮度超過右側(cè)灰條。而實際上，所有灰條都是一樣的。在懷特發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象前，所有亮度錯覺均被認為由拮抗過程所致，也就是說，灰色物體在被白色物體包圍時看上去更為暗淡，被黑色物體包圍時則顯得更為明亮。但在這幅錯覺圖中，被白色包圍的灰條亮度更高，被黑色包圍時則更為暗淡。迄今為止，懷特效應(yīng)背后的大腦機制仍舊是一個未知數(shù)。懷特效應(yīng)——1979年，塔斯馬尼亞高級教育學(xué)院的邁克爾·懷特37年度最佳錯覺圖結(jié)合了懷特效應(yīng)(窗簾后面的花瓶似乎呈現(xiàn)出不同的顏色)和著名的面部-花瓶錯覺(花瓶被換成獲勝者的獎杯)構(gòu)成。懷特效應(yīng)---眼見未必為實年度最佳錯覺圖結(jié)合了懷特效應(yīng)(窗簾后面的花瓶似乎呈現(xiàn)出不同的38第1講-計算機視覺總論ppt課件39視覺錯位本身就是攝影的一種藝術(shù)和創(chuàng)作視覺錯位本身就是攝影的一種藝術(shù)和創(chuàng)作40計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與心理物理學(xué)心理物理學(xué)(Psychophysics)：主要研究人類自身視覺系統(tǒng)的有關(guān)機理與現(xiàn)象心理物理學(xué)的研究結(jié)果往往被用來作為建立計算機視覺模型的理論根據(jù)計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域

——計算機視覺與心理物理學(xué)心理物理41本節(jié)內(nèi)容人類視覺計算機視覺Marr的視覺計算理論框架視覺系統(tǒng)研究的三個層次視覺信息處理的三個階段計算機視覺與相關(guān)研究領(lǐng)域計算機視覺與圖像處理計算機視覺與計算機圖形學(xué)計算機視覺與模式識別計算機視覺與人工智能計算機視覺與心理物理學(xué)計算機視覺的應(yīng)用本節(jié)內(nèi)容人類視覺42計算機視覺的應(yīng)用

零件識別與定位產(chǎn)品檢驗移動機器人導(dǎo)航遙感圖像分析醫(yī)學(xué)圖像分析安全、監(jiān)控與跟蹤國防系統(tǒng)其它（動畫、體育、考古）計算機視覺的應(yīng)用零件識別與定位43空間探索空間探索44Sojourner火星車前部圖，中部的兩個小突出是兩個黑白CCD攝像機Sojourner火星車前部圖，中部的兩個小突出是兩個黑白45So