1. 什么是(shì)视觉(jiào)
视觉是一个古老的研究课(kè)题,同(tóng)时又是人类观察世界(jiè)、认(rèn)知世(shì)界(jiè)的重(chóng)要功能(néng)和手段。人类从外界获得的信息约有75%来(lái)自(zì)视觉系统,用(yòng)机(jī)器模拟人类的(de)视觉功能(néng)是人们多年的梦想。视觉神经生理学,视觉心里学,特别是计(jì)算机技术、数字图像处理、计算机(jī)图(tú)形学、人(rén)工智能(néng)等学科的发(fā)展,为(wéi)利(lì)用计(jì)算机实(shí)现模拟人类的视觉成(chéng)为可能。在现代工业(yè)自动化生产过程(chéng)中,计(jì)算机视觉正成为一(yī)种提高生产(chǎn)效率和检(jiǎn)验产品质量(liàng)的关键技(jì)术之一,如机器零(líng)件(jiàn)的自动检测、智能机器人控制、生产线(xiàn)的自动监(jiān)控等;在国防和航天等(děng)领(lǐng)域,计算机视(shì)觉(jiào)也具有(yǒu)较重要(yào)的意义,如运动目标的自动跟踪与(yǔ)识别、自主(zhǔ)车导航及(jí)空(kōng)间(jiān)机器人的(de)视觉(jiào)控制(zhì)等。
人类视觉过程可以看作是一个从(cóng)感(gǎn)觉到知(zhī)觉的复(fù)杂过程,从狭义上来(lái)说视(shì)觉的最(zuì)终目(mù)的是要对场(chǎng)景作出对观察者有意(yì)义的解释和描述;从广义上说,是(shì)根(gēn)据周围(wéi)的(de)环境和观察者(zhě)的(de)意(yì)愿,在解(jiě)释和描述的基础上做出行(háng)为规划(huá)或(huò)行为决策。计算机(jī)视(shì)觉研究的目(mù)的使计算机(jī)具有通过二维图像信息来认知三维环境信息的能力,这种能(néng)力(lì)不(bú)仅使机(jī)器能(néng)感知三维(wéi)环境中物体的几何信息(xī)(如形状、位置、姿态运动等),而且(qiě)能进一(yī)步对它们进行描述、存储、识别与理(lǐ)解,计算机视觉己经发展起一套独(dú)立的计(jì)算理论与(yǔ)算(suàn)法。
2. 什么是计算机双目立体(tǐ)视(shì)觉
双(shuāng)目立体视觉(Binocular Stereo Vision)是(shì)机(jī)器视觉的一种重要形式,它是基于(yú)视差原理并利用成像设备从不(bú)同的位置获取被测物(wù)体的两(liǎng)幅图像,通过计(jì)算图(tú)像对应(yīng)点(diǎn)间的位置(zhì)偏差,来获(huò)取物(wù)体(tǐ)三维几何信息的(de)方法(fǎ)。融合两只眼(yǎn)睛获得的图像并观察它们之间的差别,使(shǐ)我们可以获得明显(xiǎn)的深度感,建立特征间的对应关系,将同一空间物理点在不同图(tú)像中的映像(xiàng)点(diǎn)对应起来,这个(gè)差(chà)别,我们称(chēng)作(zuò)视差(Disparity)图像。
双目(mù)立体视觉(jiào)测量方法具有效率高、精度合(hé)适、系统(tǒng)结构简单(dān)、成本低等优点(diǎn),非常适合于制造现(xiàn)场的在线、非接触产品(pǐn)检(jiǎn)测和质量控(kòng)制(zhì)。对运(yùn)动物体(tǐ)(包括动物和人体(tǐ)形体)测量中,由于图(tú)像获取是在瞬间(jiān)完成的,因此(cǐ)立体视觉方法是一种更有效的(de)测(cè)量方法。双目立体视觉系统是计算(suàn)机(jī)视觉的(de)关键技术之一,获取空间三(sān)维场(chǎng)景的距离(lí)信息也是计算机视觉研(yán)究中(zhōng)最基础的内容。
双目立体视(shì)觉的开创性(xìng)工作始于上世纪的60年代中期。美国MIT的Roberts通过从数(shù)字图像中提取立方体、楔形体和棱柱体等简单规则多(duō)面体(tǐ)的三(sān)维结构,并对物体(tǐ)的形状和空间关(guān)系进行描述(shù),把(bǎ)过去的简单二维图(tú)像分析(xī)推广(guǎng)到了复杂的三维场景,标志(zhì)着立(lì)体(tǐ)视觉(jiào)技(jì)术(shù)的(de)诞生。随着研究的深入,研究的范围从边缘、角点等特(tè)征的(de)提取,线条、平面、曲面等几何要素的(de)分析,直到对(duì)图像明暗、纹理、运动(dòng)和成(chéng)像几何(hé)等进行分(fèn)析,并建立起各种数据(jù)结构和(hé)推(tuī)理规则。特别是上世(shì)纪(jì)80年代初,Marr首(shǒu)次将(jiāng)图像(xiàng)处理、心(xīn)理物理学、神经生(shēng)理学和临(lín)床(chuáng)精神(shén)病学的研究成果从信息处理的角度进行概括,创立(lì)了视觉计算(suàn)理论框(kuàng)架。这一基本理论(lùn)对(duì)立体视觉技术的发展产生(shēng)了极大的推动作用,在这(zhè)一领域(yù)已形成了从图像的获取到最终的三维场(chǎng)景(jǐng)可视(shì)表面(miàn)重(chóng)构的完整体系,使得立体视觉已成为计算(suàn)机视觉中一个非常(cháng)重要的分(fèn)支。
3、总结
经过几十年来的发展,立体视觉在机(jī)器人视觉、航空测绘、反求工(gōng)程、军事运用、医学成像和工业(yè)检测(cè)等领(lǐng)域中(zhōng)的(de)运(yùn)用(yòng)越(yuè)来越广。
以视觉系统为基(jī)础的三维非接触式(shì)高速测(cè)量是一个重要的研究方向,双目立体视觉方法是其中一种最常用的方(fāng)法(fǎ)。为了能(néng)够将(jiāng)这些技(jì)术应用在实际的无人机项目中,需要尽可(kě)能提高算法(fǎ)的效率与精度。

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