第1章计算机视觉系统综述.PDF

第 1 章 计算机视觉系统综述 在本章中，你将会了解计算机视觉系统的基础概念和整体框架。这样当解决计算机视 觉问题的时候，你将有一个更广阔的视野。 1.1　计算机视觉系统介绍 我们用五种感官（触觉、味觉、嗅觉、听觉和视觉）来观察周围的一切。尽管这五种 感官都非常重要，但是有一种感官对于感知有最大的影响。毫无疑问，它就是视觉，这也 是本书的主题。 当看到一个场景时，我们能在一个有意义的上下文中理解和解释看到的细节。这看起 来很容易，但其实这是一个非常复杂难以建模的过程。是什么让人类的眼睛容易理解视觉 而机器难以理解？答案隐藏于人类和机器在感知上的区别。许多研究人员正在试图揭示这 个区别。 在计算机视觉发展的道路上，照相机的发明是其中最重要的一个里程碑。尽管照相机 是一个保存场景视觉记忆的很好的工具，但是它导致了很多变化，而不仅仅是保存场景。 与相机的发明一样，人们总是试图开发设备来让我们的生活更加美好。当前的趋势是开发 智能设备，知晓周边的环境肯定是其中重要的一环。这和我们的日常生活体验或多或少是 相同的，视觉是最大的影响因素。多亏了科技的发展，使得模拟人类的视觉系统是可能的 并且已经在各种各样的设备上实现了。在这个过程中，我们有能力开发可视化设备。 图片和时间序列的图片被称为视频，换句话说就是真实世界的机器表示。任何可视化 设备都是通过图片来重建真实的场景。因为通过设备从图片提取解释和隐藏的信息非常复 杂，通常使用计算机来达到目的。计算机视觉这个词就是来自让机器用人类的方式理解真 2 第 1 章 实世界的现代方法。由于计算机视觉对机器的自动化日常工作十分必要，因此它的发展非 常迅速，并且大量的框架、工具和库已经被开发出来。 OpenCV（Open Source Computer Vision Library）的出现对于计算机视觉来说是一个非 常大的改变，并且很多人都对它有贡献以便让它变得更好。现在它是一个成熟的库，提供 了最先进的设计模块，在后面的章节我们会接触到。因为它是一个易于使用的库，不需要 为了完成视觉计算任务而去搞清楚底层到底发生了哪些复杂计算。这种易用性让那些复杂 的任务更容易完成，但是即便是这样，你也应该知道如何在解决问题和使用设计工具中找 到平衡。 1.2　解决计算机视觉问题 解决任何复杂的问题，比如计算机视觉问题，非常重要的一点就是通过理解每一步的 目的来把问题分解成简单和可实现的子步骤。本章的目的是向你展示如何解决计算机视觉 问题，以及如何用一个通用模型来对问题建模。 本书讲解的实用计算机视觉系统的架构，由 Arduino 系统和 OpenCV 系统组合而成， 如下图所示： Arduino 只负责从环境中收集感官信息，比如温度、湿度，然后把这些信息发给视觉 系统控制器的 OpenCV 系统。视觉系统控制器和 Arduino 之间的通信可以是有线的，也可 以是无线的，Arduino 对于这两种方式处理起来都很容易。视觉系统处理完从 Arduino 和 网络摄像头传过来的数据后，会检测或者识别出一个结论。比如，它设置可以识别出你的 脸。下一步是根据这个结论来给 Arduino 系统发送指令，让 Arduino 采取合适的动作。这 些动作可能是开风扇来让环境冷却，移动机械臂来给你递咖啡等。 计算机视觉系统综述 3 视觉控制器可以是台式电脑、笔记本电脑、手机，甚至是树莓派或者 Beaglebone 这样的迷你电脑！ OpenCV 可以在所有这些平台上运营，所以基本原则在这些平 台上都是有效的。迷你电脑也可以做部分 Arduino 的工作。 任何计算