计算机视觉期末复习知识讲解

一、

1.什么是计算机视觉？理解计算机视觉问题的产生原理。

研究用计算机来模拟生物视觉功能的技术学科。具体来说，就是让计算机具有对周围世界的空间物体进行传感、抽象、分析判断、决策的能力，从而达到识别、理解的目的。

2.直方图的均衡化

处理的“中心思想”是把原始图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的均匀分布。直方图均衡化就是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同。直方图均衡化就是把给定图像的直方图分布改变成“均匀”分布直方图分布。

是将原图像通过某种变换，得到一幅灰度直方图更为均匀分布的新图像的方法。设图像均衡化处理后，图像的直方图是平直的，即各灰度级具有相同的出现频数，那么由于灰度级具有均匀的概率分布，图像看起来就更清晰了。

二、 1.常见的几何变换：平移T x 为点（x ，y ）在x 方向要平移的量。 旋转 变尺度：x 轴变大a 倍，y 轴变大b 倍。 2.卷积掩膜技术：(,)(,)(,)(,)m n f i j h i m j n g m n =--∑∑ 对应相乘再相加 掩膜的有效应用——去噪问题

3. 均值滤波器（低通）：抑制噪声

主要用于抑制噪声，对每一个目标像素值用其局部邻域内所有像素值的加权均值置换。con 命令

高斯滤波器：一个朴素的道理，距离目标像素越近的点，往往相关性越大，越远则越不相干。所以，高斯

滤波器根据高斯函数选择邻域内各像素的权值 medfilt1 。

区别方法是：高通滤波器模板的和为0，低通滤波器模板的和为1

常用的非线性滤波器：中值滤波；双边滤波；非局部滤波

4.边缘检测算子：通过一组定义好的函数，定位图像中局部变换剧烈的部分（寻找图像边缘）。主要方法有：Robert 交叉梯度，Sobel 梯度，拉普拉斯算子，高提升滤波，高斯-拉普拉斯变换（都是高通滤波器）

Canny 边缘检测 算法步骤：1. 用高斯滤波器平滑图像．

2. 用一阶偏导有限差分计算梯度幅值和方向.

3. 对梯度幅值进行非极大值抑制 ．

4. 用双阈值算法检测和连接边缘．

5.分割（大题 伪码？）

（1）经典方法是基于灰度阈值的分割方法 *介绍单值阈值，它把一幅灰度图像转换成二值图像 *求T 的常用的方法是求解灰度直方图中的双峰或者多峰，并以两峰之间的谷底作为阈值。

*全局阈值是指整幅图像使用同一个阈值做分割处理，并产生一个二值图，区分出前景对象和背景。适用于背景和前景对比度大的图像

算法实现：-- 选取一个合适的阈值T ，逐行扫描图像

– 凡灰度级大于T 的，颜色置为255；凡灰度级小于T 的，颜色置为0

（2）自适应阈值：解决单值阈值无法工作的一个方法是将图像分割为子图像，并分别进行阈值化处理

6.Hough 变换：可用于将边缘像素连接起来得到边界曲线，主要优点在于受噪声和曲线间断的影响较小(鲁棒性好)

⎩⎨⎧≤>=T

y x f T y x f y x g ),( 0),( 1),(如果如果1100cos sin 0[1][1]sin cos 0001x y x y θθθθ-⎛⎫ ⎪

= ⎪ ⎪⎝⎭110000[1][1]0000a x y x y b ab ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭(,)1[,][,]k l N h i j f k l M ∈=∑⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=1010001]1[]1[0011y x T T y x y x

这意味着：原图像空间中的每条直线在参数空间中都对应一个点。

如果一幅图像中存在某一条直线，那么对应参数空间中，某个点一定被击中较多次。但是如果采用表示直线，

不能表示水平和竖直的情况。

将其转换为θθsi n cos y x s +=Hough 变换就没有了限制。直线还会变成单个点。参数空间的坐标变成了s ，θ

7.拓扑描述（应用？）

区域的拓扑描述用于描述物体平面区域结果形状的整体性。也就是说，只要图形不撕裂或者折叠，拓扑描述的性质就不会受到图形变形的影响。常用的特性有：

（1）孔： 如果一个封闭的区域内，其不包含我们感兴趣的像素，则成为此区域为图像的孔洞，用H 表示。

（2）欧拉数EUL ：在图像中，图像中所有对象的总数C 与孔洞数相减，为欧拉数。 EUL=C-H

在Matlab 中，采用bweuler 计算二值图像的欧拉数。

三、

1．角点: 是景物轮廓线上曲率的局部极大点，是物体边缘拐角所在的位置点,对掌握景物的轮廓特征具有决定作用。一旦找到了景物的轮廓特征点也就大致掌握了景物的形状。Moravec 角点算子是最早的角点算子

颜色特征：属于图像的内部特征，它描述了图像或者图像一部分区域。颜色特征和线段，角点特征比起来，对于尺寸，方向，突变等不敏感，因此颜色特征被用于图像识别，检索。颜色矩和颜色直方图

颜色矩：以数字方法为基础，通过计算矩来描述颜色的分布，一般来说在RGB 空间，由于颜色分布主要集中

在低阶矩，因此常采用一阶矩、二阶矩等表达颜色的分布

纹理特征：描述的是对图像区域内的内容变化进行量化，捕捉那种具有周期性，规律性的变化。例如粗糙度，光滑度，颗粒度，随机性和规范性。如灰度差统计，自相关函数，灰度更生矩阵和基于频谱特征的分析法。

灰度共生矩阵就是通过研究灰度在空间相关性来描述纹理的常用方法。

？？？?形状特征?尺度空间理论

2.排污口检测（大题）：具体检测的思路有两种：

第一种：间接阈值法

step1: 通过大量采样，在晴天、阴天、多云、大雾的天气条件下，分别选定天空和海水的一块区域，分别在此区域内统计海水和天空的饱和度并求均值；

step2: 根据上述得到的海水的饱和度设置阈值。具体阈值的设定方法必须依据天空的饱和度，因为海水的饱和度与天气直接相关。例如，在晴天的条件下，统计得到的天空的平均饱和度，记为sky_threshold ，并根据sky_threshold 从大量统计数据中确定一个饱和度的取值范围，例如从 M 到N ，海水的平均饱和度记为sea_threshold ，也就是污水的饱和度阈值

step3: 当摄像头每次循环获取到当前帧图像时，按照step1中的方法，分别从天空和海水区域分割出一幅子图，统计并计算出二者饱和度的均值，然后进行判断；

step4: 当step3中得到的天空的饱和度处于 M 到 N 的范围，就以sea_threshold 作为污水的阈值，如果step3中得到的海水的平均饱和度低于sea_threshold ，就认为海水被污染了，启动报警系统发出警报，否则继续执行step3，直到系统关闭；

第二种：直接阈值法

step1:采集大量样本图片，不考虑天气因素；

step2:在海水区域，在排污口附近分割出一幅子图，并统计饱和度，记为s1；

step3:在远离排污口处分割出一幅相同大小的子图，并统计饱和度，记为s2（也可以设置一个经验阈值）；

step4:计算两个饱和度的差值记s = s1 - s2，然后根据多次试验，求多组 s 的平均值，作为污水的阈值，记threshold ； step4之后，摄像头每次获取的当前图片重复上述操作，当计算得到的饱和度差值大于threshold 时，认为排污口正在排污，启动报警系统发出警报。