计算机视觉

2013-7-29
2013-7-29
你的眼睛是否欺骗了你?
静？
动？
2013-7-29
你的眼睛是否欺骗了你?
你动？
它动？
2013-7-29
你的眼睛是否欺骗了你?
头晕！！！
2013-7-29
你的眼睛是否欺骗了你?
到底 它是 什么 颜色 的？
2013-7-29
你的眼睛是否欺骗了你?
有 几 个 黑 点 ？
2013-7-29
主要参考资料
《计算机视觉》
(美国)夏皮罗 (美国)斯托克曼 赵清杰 等译
机械工业出版社
《计算机视觉:计算理论与算法基础》
马德颂
《机器视觉算法与应用》
(德)斯蒂格 (德)尤里奇 (德)威德曼著 杨少荣等译
2013-7-29
一. 视觉原理

了解人类视觉 的构成、信息 处理过程，对 机器视觉研究 人员来讲是非 常具有启发性 和吸引力的。
2013-7-29
视觉通路

到达视网膜的光线经杆体和 锥体细胞转换为神经信号， 并经视网膜中的神经节细胞 加工，传出视网膜．经神经 节细胞加工的神经信号，经 过视交叉部分地交换神经纤 维后，再形成视束，传到中 枢的许多部位，神经节细胞 轴突在外膝体换神经元后， 由外膝体神经元直接经放射 到视皮层，称为视觉的第一 视通路

2013-7-29
需要解决的几个经典问题
运动

自体运动：摄像机/成像设备的三维刚性运动 （3D成像演示7、27、28 ） 图像跟踪：跟踪运动的物体。（车辆轨迹跟踪（8） 、 人员计数演示（9） ）

2013-7-29
需要解决的几个经典问题


场景重建
给定一个场景的二或多幅图像或者一段录像，场 景重建寻求为该场景建立一个计算机模型/三维模 型。 （故宫三维场景（10） ）
2013-7-29
存在问题



人可通过视觉和听觉，语言与外界交换信息，而 目前的计算机却要求严格按照各种程序语言来编 写程序，只有这样计算机才能运行。 必须改变过去的那种让人来适应计算机，来死记 硬背计算机的使用规则的情况，而是反过来让计 算机来适应人的习惯和要求，以人所习惯的方式 与人进行信息交换29。 让计算机具有视觉、听觉和说话等能力。这时计 算机必须具有逻辑推理和决策的能力。具有上述 能力的计算机就是智能计算机。
2013-7-29
相关学科


神经生物学（生物视觉）
在整个20世纪中，人类对各种动物的眼睛、神经 元、以及与视觉刺激相关的脑部组织都进行了广 泛研究，这些研究得出了一些有关“天然的”视 觉系统如何运作的描述（尽管仍略嫌粗略），这 也形成了计算机视觉中的一个子领域——人们试 图建立人工系统，使之在不同的复杂程度上模拟 生物的视觉运作。同时计算机视觉领域中，一些 基于机器学习的方法也有参考部分生物机制。
2013-7-29
顺时针的话，属于是用右脑较多的类型 逆时针属于是用左脑较多的类型 逆时针转动的，突然变成顺时针，IQ160以上！
左脑人的概念---心理学家发现，人的左右脑是 有严格的分工的，左脑属于逻辑的、理性的、 功力的、分析的、算计的大脑，要想成功就必 须充分利用好左脑。长期奔命于工作、事业、 追求功名利禄而忽视娱乐、生活的人被称为 “左脑人”
2013-7-29
二值图象的特点


a. 假定二值图像大小为m x n，其中物体像素 值为1，背景像素值为0； b. 二值图像处理的算法简单，易于理解和实现， 计算速度快（工厂识别）； c. 二值视觉所需的内存小，对计算设备要求低； d.二值视觉系统技术可用于灰度图像视觉系统 。
2013-7-29
颜色原理

猴和人的视网膜中，含有三种不 同的锥体细胞，每一种锥体细胞 对不同的光谱，其敏感性也是不 同的．三种锥体细胞对光谱的敏 感峰值分别在430纳米，540纳米 和570纳米．这三个峰值段正对 应着光谱中的红、绿、蓝区 域．实验进一步表明，当三种颜 色按一定比例同时刺激人眼时， 会产生各种颜色感觉．其中有一 种比例会使得颜色感觉完全消失， 只有亮度感觉．说明颜色只取决 于三个基本的输入量，这也是色 觉三基色原理的基础．
制造业（2）、检验识别28、 25 、文档分析 （3） 、医疗 诊断、军事、智能电网等领域中各种智能系统中 不可分割的一部分。 美国把对计算机视觉的研究列为对经济和科学有 广泛影响的科学和工程中的重大基本问题，即所 谓的重大挑战（grand challenge）。 为计算机和机器人开发具有与人类水平相当的视 觉能力 。

2013-7-29
相关学科


物理学、光学
计算机视觉关注的目标在于充分理解电磁波，主 要是可见光与红外线部分，遇到物体表面被反射 所形成的图像，而这一过程便是基于光学物理和 固态物理，一些尖端的图像感知系统甚至会应用 到量子力学理论，来解析影像所表示的真实世界。 由此，计算机视觉同样可以被看作是物理学的拓 展。（隧道扫描演示（5-1-2） ）
Computer vision
计算机视觉
主讲： 陈 志 翔 计算机科学与工程系 Email：zxchenphd@163.com
考核成绩
1. 2.
3.
4.
20%课堂表现 30%作业 20%小测 30%课程报告
2013-7-29
引入
你的眼睛是否欺骗了你？
何处多出1人？
2013-7-29
64=65？
2013-7-29
颜色原理
（2^8）^3=16 777 216色
2013-7-29
二. 二值图像Binary Image
称为黑白照片吗？
2013-7-29
彩色图像
2013-7-29
灰度图像
2013-7-29
二值图像
2013-7-29
为什么引入二值图像？
一副图像是一个二维阵列，阵列元素值为 灰度值或者亮度值，场景信息就包含其中。 亮度通常被量化，常用的有256个灰度级， 医疗领域高达4096个灰度值，很明显，灰度 级越多，图像质量越好，但需要的内存也 越大。
2013-7-29
相关学科
信号分析与处理 数学：统计，最优理论，几何，粒度…… 心理学 美学 集成电路

……
2013-7-29
需要解决的几个经典问题


识别（识别，鉴别，监测）
判定一组图像数据中是否包含某个特定的物体， 图像特征或运动状态。 到目前为止，还没有某个单一的方法能够广泛的 对各种情况进行判定：在任意环境中识别任意物 体。现有技术能够也只能够很好地解决特定目标 的识别，比如简单几何图形识别，人脸识别26 ， 印刷或手写文件识别或者车辆识别。而且这些识 别需要在特定的环境中，具有指定的光照，背景 和目标姿态要求。 （乐高演示30车牌识别演示（6））
2013-7-29
计算机视觉 computer vision

计算机视觉是一门研究如何使机器“看” 的科学，更进一步的说，就是是指用摄影 机和电脑代替人眼对目标进行识别 、跟踪 和测量等，并进一步做图形处理，用电脑 处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检 测的图像。
2013-7-29
应用广泛



约有1亿个．
2013-7-29

视网膜可分为以视轴为中心直径约 6毫米的中央区和周边区．中央区 有一直径约2毫米(折合6度视角)呈 黄色区域，称为黄斑．黄斑中央有 一小凹，叫做中央凹(fovea)，面积 约1平方毫米．人类视觉的中央凹 没有杆体细胞，只有锥体细胞，其 密度高达每平方毫米150,000．离 开中央凹，锥体细胞急剧减少，而 杆体细胞急剧增多，在离开中央凹 20度的地方，杆体细胞最多．中央 凹的锥体细胞密度很高，是产生最 清晰视觉的地方．杆体细胞主要是 在黑暗的条件下起作用，同时还负 责察觉物体的运动．因此，常将锥 体细胞称为明视觉细胞，将杆体细 胞称为暗视觉细胞．
2013-7-29
模糊与锐化
2013-7-29
加噪
对比度
2013-7-29
相关学科
模式识别 根据从图像中抽取的统计特性或结构信息， 把图像分成预定的类别。例如，文字识别 或指纹识别。在计算机视觉中模式识别技 术经常用于对图像中的某些部分，例如分 割区域的识别和分类。（数字识别演示（4） ）
红外线：遥感卫星
微波：雷达等（任何范围 时间气候光照条件下 收集数据，使用天线 和计算机记录图像、 微波辐射） 无线电波：医学和天文学 （MRI） (人眼看不到的光13 )
2013-7-29
人的眼睛是一个前后直 径大约23毫米的近似球 状体 。视网膜由锥体细 胞(cone cell)和杆体细胞 (rod cell)两种感光细胞 组成，其中，锥体细胞 约有650万个，杆体细胞
2013-7-29
需要解决的几个经典问题


图像恢复
图像恢复的目标在于移除图像中的噪声，例如仪 器噪声，模糊等。 图像修复。
2013-7-29
2013-7-29
2013-7-29
2013-7-29
主要参考资料
International Conference on Computer Vision，国际计算机视觉大会 International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition，国际计算 机视觉与模式识别大会 International Conference on Image Processing，国际图像处理大会
右脑人的概念---人的右脑是属于灵感的、直觉 的、音乐的、艺术的，可以令人产生美感和喜 悦。
左脑能使人感觉和享受到成功，却无法使人享 受到长久的幸福感。
而善于使用右脑的人可以使人脑分泌更多的内 啡肽，从而使人能产生充分的幸福和满足感。
2013-7-29
2013-7-29
2013-7-29
生活中的视觉
2013-7-29
代替？模仿？--走自己的路

计算机视觉系统中计算机起代替人脑的作 用，但并不意味着计算机必须按人类视觉 的方法完成视觉信息的处理。计算机视觉 可以而且应该根据计算机系统的特点来进 行视觉信息的处理。（咖啡伴侣的启示）
2013-7-29
相关学科

图像处理与图像分析 研究对象主要是二维图像，实现图像的转 化，尤其针对像素级的操作，例如提高图 像对比度，边缘提取，去噪声和几何变换 如图像旋转。这一特征表明无论是图像处 理还是图像分析其研究内容都和图像的具 体内容无关。
(模拟眼球演示（12）)
2013-7-29
伽马射线： 核医学和天文观察 在核医学中，将放射 性同位素注射到病人 体内，当这种物质衰 变时放射出伽马射 线，利用检测器收集 到的放射物产生图像。 可以确定骨骼病理、 感染或肿瘤等。
2013-7-29
X射线：医学诊断等 紫外线：荧光显微镜
2013-7-29
“从门缝里看人——把人看扁了”（有道理 吗？） 海市蜃楼（真实？虚幻？） 足球射门（门会变化？） 日有所思，夜有所梦（和心理有关） 魔术师（亦真亦假） 电视节目（隔行逐行）

2013-7-29
所见即所得？ 我思故我在？

我们的眼睛也不是万能的，它也有自己的 不足与缺陷。因为眼睛的可视光波长度范 围是380到760毫微米，也就是说只有在这个 波长范围内的光线才可以穿过眼角膜，在 视网膜上成像。如果超出了这个长度范围 外，我们就无法看到了。由此看来，尽管 眼睛欺骗了你，但它也不是有意的，也该 得到原谅吧 ！

2013-7-29
主要参考资料

Байду номын сангаас

IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，IEEE 模式分析与机器智 能杂志 International Journal on Computer Vision，国际 计算机视觉杂志 Computer Vision and Image Understanding，计 算机视觉与图像理解 Pattern Recognition Letters，模式识别快报
2013-7-29
你的眼睛是否欺骗了你? 谁 动 了 你 的 方 块 ？
2013-7-29
眼见为实，耳听为虚

？
曾几何时，我们认为地球是方的，天空是圆的，地球就群 星环绕的宇宙的中心。可是随着对宇宙的了解不断加深， 我们知道了地球只是太阳系中的一颗行星而已，它也是圆 的。突然间人类豁然开朗，原来眼见也不一定为实。 由于种种客观原因，眼睛常常欺骗我们。但是它们是怎么 欺骗我们的呢？为什么它们竟能遮蔽人类那百转千回的大 脑的智慧曙光呢？还认为眼睛是你最忠诚的仆人吗？还认 为它们从来不会欺骗你吗？（1黑白视觉演示）