11第二讲-视觉系统基础.

上节回顾 计算机视觉：人工智能的延伸信号处理、模式识别、认知等Marr的三层表象计算理论视觉测量（Vision/Visual Measure）：根据摄像机获得的视觉信息对目标的位置和姿态进行测量。

视觉控制（Vision/Visual Control）：根据视觉测量获得目标的位置和姿态，将其作为给定或者反馈对机器人的位置和姿态进行控制。

视觉伺服（Visual Servo/Servoing）：利用视觉信息对机器人进行的伺服控制。

（视觉控制的一种）平面视觉（Planar Vision）：被测对象处在平面内，只对目标在平面内的信息进行测量的视觉测量与控制。

立体视觉（Stereo Vision）：对目标在三维笛卡尔空间（Cartesian Space）内的信息进行测量。

结构光视觉（Structured Light Vision）：利用特定光源照射目标，形成人工特征，由摄影机采集这些特征进行测量。

主动视觉（Active Vision）：对目标主动照明或者主动改变摄像机参数的系统。

被动视觉（Passive Vision）：采用自然测量。

如双目视觉。

机器人视觉控制的作用视觉：机器人的眼睛工业机器人领域用于目标和机器人末端位姿的测量以及机器人末端位姿的控制。

典型应用：焊接、喷涂、装配、搬运等。

移动机器人领域用于环境中的目标位姿测量典型应用：机器人视觉定位、目标跟踪、视觉避障等。

机器人视觉控制的研究内容 摄影机标定视觉测量视觉控制的结构和算法计算机视觉❝研究内容◦视觉信息处理◦视觉表示与计算◦基于特征的计算◦特征建模的算法❝视听觉信息的认知计算（2009年重大研究计划）三个重大问题◦感知特征提取、表达与整合◦感知数据的机器学习与理解◦多模态信息协同计算如何处理一个视觉任务 辨别任务特征确定方法实验和分析图像表象以外的信息1883年8月15日，美国著名物理学家、美国物理学会第一任会长亨利·奥古斯特·罗兰在美国科学促进会AAAS）年会上做了题为“为纯科学呼吁”的演讲。

该演讲的文字后发表在1883年8月24日出版的Science杂志上，并被誉为“美国科学的独立宣言”。

假如我们停止科学的进步而只留意科学的应用，我们很快就会退化成中国人那样，多少代人以来他们（在科学上）都没有什么进步，因为他们只满足于科学的应用，却从来没有追问过他们所做事情中的原理。

这些原理就构成了纯科学。

中国人知道火药的应用已经若干世纪，如果他们用正确的方法探索其特殊应用的原理，他们就会在获得众多应用的同时发展出化学，甚至物理学。

因为只满足于火药能爆炸的事实，而没有寻根问底，中国人已经远远落后于世界的进步。

我们现在只是将这个所有民族中最古老、人口最多的民族当成野蛮人。

良心和道德学术道德：不盲目追求指标，坐十年冷板凳。

工作道德：良心和实干高薪和个人发展的平衡。

个人兴趣和社会发展。

80、90后的创业社会良心：小悦悦事件数字图像处理基本知识图像处理技术的分类模拟图像处理：光学处理和电子处理。

数字图像处理：计算机图像处理数字图像处理的特点信息量大处理技术综合性强图像信息理论与通信理论密切相关数字图像处理的主要方法及内容图像处理主要方法有空域法和变换域法空域法：图像看作是平面中各像素的集合，用二维函数表示。

有邻域处理运算和点运算。

变换域法：对图像进行正交变换后再对变换域系数进行处理，如滤波、数据压缩、特征提取等。

图像处理主要内容图像获取及输入图像存储系统图像处理与分析系统图像输出系统图像获取及输入图像输入设备统一的采样和量化 非统一的采样和量化基于CCD光电耦器件的输入设备 摄像机、数字摄像机数字相机平板扫描仪基于光电倍增管的输入设备 滚筒扫描仪扫描仪分辨率与扫描图像的大小分辨率：单位长度上采样的像素个数：DPI(dot/inch)1000DPI 1600DPI 1000像素1600像素1英寸原稿为了计算机处理，图像函数f(x,y)在空间和取值上必须数字化▪图像的采样–空间坐标(x,y)的数字化被称为图像采样–确定水平和垂直方向上的像素个数N 、MMN图像采样的形式化定义设Z表示整数集合采样处理：将xy平面分配到一个网格上，且每一个网格中心的坐标是一个笛卡儿乘积ZxZ的元素对，即所有有序元素对(a,b)的集合，其中a和b属于整数集合Zxy平面(a,b)▪图像的量化–取值的数字化被称为图像灰度级量化–量化处理：将f 映射到Z的处理–Z的最大取值，确定像素的灰度级数G = 2m，如256 f图像的形式化定义设Z表示整数集合，R表示实数集合f(x,y)是数字图像：（1）仅当(x,y) 是ZxZ中的整数，（2）并且f是给每一个坐标对(x,y)分配了一个灰度值（该值出于R）的函数▪图像采样(采样网格尺寸大小)对数字图像质量的影响265x180133x9066x4533x22▪图像量化(量化步长)对数字图像质量的影响256灰度级16灰度级8灰度级4灰度级一个好的近似图像，需要多少采样分辨率和灰度级?实验方法选取一组细节多少不同的、不同N、M、G的图像让观察者根据他们的主观质量感觉给这些图像排序 实验结论随着采样分辨率和灰度级的提高，主观质量也提高对有大量细节的图像，质量对灰度级需求相应降低▪非统一的图像的采样▪在灰度级变化尖锐的区域，用细腻的采样，在灰度级比较平滑的区域，用粗糙的采样图像的存储图像的存储体系 彩色图像的存储 处理中的图像存储▪图像文件格式体系▪互联网用：GIF、JPG (JPEG)、PNG▪印刷用：TIF、JPG、TAG 、PCX▪国际标准：TIF、JPG▪图像存储体系▪内存存储：处理时使用▪硬盘存储：处理、备份时用（在线）▪备份存储：光盘、磁带（离线、近线）▪分级存储（HSM），网络存储（SAN/NAS)按像素存储按色面存储图像输出系统图像的显示全局显示局部显示图像的打印打印机类型打印机显色原理：CMYK（青色Cyan、品红色Magenta、黄色Yellow。

黑色Black）视觉系统基础视觉三要素 光物体人成像装置人工光源热辐射光源白炽灯卤钨灯黑体辐射器气体放电光源汞灯荧光灯钠灯氙灯金属卤化物灯氘灯空心阴极灯固体发光光源场致发光二极管发光二极管空心阴极灯激光器气体激光器固体激光器染料激光器半导体激光器光源LED光源 环形光四面可调光源条形光圆顶光面光源同轴光源线光源点光源平面无影光源同轴平行光源实例分析：A 易拉罐字符检测实物说明普通照明所采集的图像反光不均匀，容易产生干扰。

配置光源：OPT-RID240-W相机：OPT-CC200-US镜头：COMPUTAR2514光源工作距离：15mm光源说明RID球积分光源具有积分效果的半球内壁，均匀反射从底部360度发射出的光线，使整个图像的照度十分均匀，主要适合于曲面、表面凹凸、弧形表面等物体和金属、玻璃表面等反光较强的物体表面的检测。

B 麻将字符内杂质检测实物说明检测内容: 麻将字符识别, 异物检测.采用底角度照明, 既能突出麻将字符的轮廓特征，又能体现字符内的异物。

配置光源：OPT-RI12090-W相机：OPT-CC130-US镜头：COMPUTAR2514光源工作距离：15mm光源说明低角度照射方式，因此也适合于划痕等缺陷的检测。

环形光系列光源采用高密度LED阵列，亮度高，可解决对角照射阴影问题纸杯底部划痕检测低角度照射方式，适合于划痕等缺陷的检测。

环形光系列光源采用高密度LED阵列，亮度高，可解决对角照射阴影问题。

物体表面材质：灰度图像色彩：彩色图像（考虑光源）灰度图像 光滑和粗糙人类视觉系统天生的智能系统眼睛的水平横断面锥状细胞和杆状细胞锥状细胞有700万个，主要集中在正对瞳孔的视网膜中央区域称为黄斑区。

白天，人的视觉活动主要由锥状细胞来完成，锥状细胞既可辨别光的强弱，又可辨别彩色。

由于人眼中的锥状细胞是接近圆形的，垂直分辨力与水平分辨力应近似相同。

杆状细胞视网膜上的感光细胞，包括能够启动暗视觉过程的光敏色素。

杆状细胞可能不参与颜色刺激区分。

颜色可见光的三原色：400到700纳米（380-780nm）视觉成像的主要因素视网膜的作用将光信号变换、滤波和编码成神经系统的内部表达信号（电信号）以传送给视觉神经系统和中枢神经系统。

眼球转动由眼球外侧的六块肌肉运动来控制产生深度知觉视通路示意图深度知觉计算假说人的深度知觉能力是由视差比较计算而生成的，而视差的计算是基于左、右两个半脑所得到的两眼视网膜的二维投影图象信息而生成的。

－－计算机视觉的生理模型视知觉对深度的感知空间知觉－深度知觉视网膜是平面的，何以能产生立体的深度感?如果说深度知觉是双眼的协调作用，单眼为何也能产生深度感?→单眼线索、双眼线索单眼线索－线条透视。