1. 什么是视觉
视觉是一个古老的研究课(kè)题,同时(shí)又是人(rén)类观察世(shì)界、认知(zhī)世界的重要功能(néng)和手段。人类从外界获(huò)得的信息约有75%来自视觉系统,用机(jī)器(qì)模拟人(rén)类的(de)视觉功能是人们多(duō)年的梦想。视觉神经生理(lǐ)学,视觉(jiào)心里(lǐ)学,特别是计算(suàn)机技术、数字图像处理、计(jì)算机图形学、人(rén)工智能等学科(kē)的发(fā)展,为利用计(jì)算机实(shí)现(xiàn)模拟人(rén)类的视觉成为可能。在现代工业自动化生产过程中,计算机视觉正成为一(yī)种提(tí)高生产(chǎn)效率和检验产品质量的关键技(jì)术之一,如机(jī)器(qì)零件的自动检(jiǎn)测、智能机器人控制(zhì)、生产线的自动监(jiān)控(kòng)等;在国防和航天等领域,计算机视觉(jiào)也具有较重要的意义,如运动目标(biāo)的(de)自动跟踪与识别、自(zì)主(zhǔ)车导(dǎo)航及空间机(jī)器人的视觉控制(zhì)等。
人类视(shì)觉过程可(kě)以看作是一个从感觉(jiào)到知(zhī)觉的(de)复杂过(guò)程,从狭义上(shàng)来说视觉的最终目的是要对场景作出对观察(chá)者有(yǒu)意义的(de)解释和描述;从(cóng)广义上说,是根据周(zhōu)围的环境和观察者的意愿,在解释(shì)和描(miáo)述的基础上做出(chū)行为规划或行为决策(cè)。计算机视觉研(yán)究(jiū)的目的使计算机具有通过二维图像信息(xī)来(lái)认(rèn)知三维环境信息的能力,这种能力不(bú)仅(jǐn)使机(jī)器能感知三(sān)维环境(jìng)中物(wù)体的几何信息(如(rú)形状、位(wèi)置、姿态运动等),而(ér)且能进一步对它(tā)们进(jìn)行描述、存储、识别与理解,计(jì)算机视觉己经发展起(qǐ)一套独立的计(jì)算(suàn)理论与算法。
2. 什(shí)么是计算机双目立体视觉
双(shuāng)目立体视觉(Binocular Stereo Vision)是(shì)机器视觉的一种重要形式,它是基(jī)于视差原理并利(lì)用成像设备从不(bú)同的位置获取被测物体的两幅图像,通过计算图像对应点间的位置偏差,来获取物体三维(wéi)几何(hé)信息的方法(fǎ)。融合(hé)两只眼睛(jīng)获得的图像并(bìng)观察它们之间的差别,使(shǐ)我们可(kě)以获得明显的深度(dù)感,建立特征间的对应(yīng)关系,将(jiāng)同一(yī)空间物理点(diǎn)在不(bú)同图(tú)像中的映(yìng)像点(diǎn)对应起来(lái),这个差别,我(wǒ)们(men)称作视差(Disparity)图像。
双(shuāng)目立(lì)体视觉测量(liàng)方法具有效(xiào)率(lǜ)高、精(jīng)度(dù)合适、系统(tǒng)结构简单、成本低(dī)等优点,非常适合于制(zhì)造现(xiàn)场的在线、非接触产品检测(cè)和质量控制。对运动物体(包括动物和(hé)人体(tǐ)形体)测量中,由于图像获取(qǔ)是在瞬间完成的,因此立体视觉方法是一种更有效(xiào)的测量方法。双目立体视觉系统是计(jì)算机视觉的(de)关键技术之一,获取(qǔ)空(kōng)间三维场(chǎng)景的距离信息也是计算机视觉研(yán)究中最基础的(de)内容(róng)。
双目立体(tǐ)视(shì)觉的(de)开创(chuàng)性工作始于上世纪的60年代中期。美国MIT的(de)Roberts通过从数字(zì)图像中提取立方(fāng)体(tǐ)、楔形(xíng)体(tǐ)和棱柱体(tǐ)等简单规则多面体的三维结构(gòu),并对物体的形状和空间关系(xì)进行描述,把过去的简单(dān)二维图像(xiàng)分(fèn)析(xī)推广到了复(fù)杂的三维(wéi)场(chǎng)景,标志着立体视(shì)觉技术的诞生。随着研究(jiū)的深(shēn)入,研究(jiū)的范围从边(biān)缘、角点等特征的提取,线条、平面、曲面等几何要素的分析,直到对(duì)图像明暗、纹理、运动和成像几何等进行(háng)分析,并建立起各种数据结构和推理(lǐ)规(guī)则。特(tè)别(bié)是上(shàng)世纪80年代初,Marr首(shǒu)次将图像处(chù)理、心理(lǐ)物理学、神经生理学和(hé)临床精神病学的研究成果(guǒ)从(cóng)信息处理的角度进行概括,创立(lì)了(le)视觉计算理论框架。这一基本理论对立体视觉技术的发展产生了极大的(de)推动作用,在(zài)这(zhè)一领域已形成了从图像的获取到最终的(de)三维场(chǎng)景可(kě)视表(biǎo)面重构的完整体系,使得立(lì)体视觉已成为计算(suàn)机(jī)视(shì)觉中一个非常(cháng)重(chóng)要的分支。
3、总结
经过(guò)几十年来的发展,立体视(shì)觉在机(jī)器人视觉(jiào)、航空测绘、反求工程(chéng)、军(jun1)事运用(yòng)、医(yī)学成像和(hé)工业检测等领域中的运(yùn)用越来越广(guǎng)。
以视觉系统为基础的三维非接触式高速测量是一个重要的研究方向,双目立(lì)体视(shì)觉方法是其中一(yī)种最常用的方法。为了(le)能够将这些技术应用在实际(jì)的无人机项目中,需要尽可能提高(gāo)算法的效率与精度(dù)。

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