計(jì)算機(jī)視覺的相關(guān)介紹
在介紹計(jì)算機(jī)視覺之前，首先需要回答的一個(gè)問題是什么是計(jì)算機(jī)視覺。接下來小編為你帶來計(jì)算機(jī)視覺的相關(guān)介紹，希望對(duì)你有幫助。
正像很多學(xué)科一樣，很多人在從事這方面的研究，但又很少有人能給出一個(gè)嚴(yán)格的定義。人工智能是這樣，虛擬現(xiàn)實(shí)是這樣，計(jì)算視覺也是不例外。
最直觀地講，所謂計(jì)算機(jī)視覺就是用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人的視覺功能。馬上隨之而來的另一個(gè)問題是：人類視覺的主要功能是什么？或者更一般地講，人類視覺系統(tǒng)主要是干什么的？我們?nèi)巳擞袃芍谎�，眼的用處是看東西。我們無時(shí)不刻在用眼看東西，但我們主要在看什么？看的目的是什么？或者說為什么要看？似乎這些問題簡單得很少有人去思考，但事實(shí)上又很少有人能說清楚。
人與其它動(dòng)物一樣，視覺、聽覺、觸覺等感官功能的產(chǎn)生，首先在于進(jìn)化過程中生存的需要。根據(jù)美國心理學(xué)家Gibson的理論，人的視覺不管有多少用處，但主要功能可概括為適應(yīng)外界環(huán)境和控制自身的運(yùn)動(dòng)�？吹狡嚊_過來，你會(huì)趕快回避；看到前面有激流，你不會(huì)冒然趟過去。“適應(yīng)外界環(huán)境和控制自身的運(yùn)動(dòng)”還是比較抽象的概念。事實(shí)上，為了適應(yīng)外界環(huán)境和控制自身的運(yùn)動(dòng)，我們的視覺系統(tǒng)需要：能識(shí)別物體（可想而知，一個(gè)人連親戚、同事、朋友都不認(rèn)識(shí)，會(huì)怎樣生活），能判斷物體的運(yùn)動(dòng)以及確定物體的形狀和方位（否則，無法抓取物體）。所以，物體識(shí)別、物體定位、物體三維形狀恢復(fù)和運(yùn)動(dòng)分析，就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)視覺的主要研究內(nèi)容。
物體識(shí)別包含兩種主要形式，一種叫做類型識(shí)別。如“椅子”可以有多種多樣的形狀，座椅，背椅，靠椅，但人們可以很容易地把他們歸到“椅子”類。這種識(shí)別用的是物體的通用屬性。另一種識(shí)別是同類物體的鑒別。如從人臉中識(shí)別出某個(gè)人，此時(shí)用的是類內(nèi)的特定信息。物體識(shí)別要求既要能抽象出物體的共同屬性，又要能分辨出相似物體間的細(xì)微區(qū)別，所以物體識(shí)別問題是一個(gè)非常困難的問題。
要對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，我們的大腦應(yīng)該對(duì)這個(gè)物體有某種表達(dá)（或記憶）。表達(dá)問題（representation）是計(jì)算機(jī)視覺的一個(gè)核心問題。在計(jì)算機(jī)視覺界，目前有兩種主要表達(dá)理論。一種是馬爾（Marr）于上世紀(jì)八十年代初提出的三維表達(dá)理論（也成為三維重建理論: 3D reconstruction paradigm）。一種是本世紀(jì)初人們提出的基于圖像的表達(dá)理論（view-based representation）。三維表達(dá)的基本思想是：物體在大腦中表達(dá)的是物體的三維幾何形狀。因?yàn)槲矬w的三維幾何形狀與視角無關(guān)，所以三維表達(dá)是與視角無關(guān)的表達(dá)。Marr 的三維物體表達(dá)模型的提出，宣告了計(jì)算機(jī)視覺這門學(xué)科的誕生。Marr 的物體表達(dá)方式，主要在他1982年出版的一書中進(jìn)行了詳細(xì)介紹【1】，至今仍具有重要的影響。但近年來人們發(fā)現(xiàn)，Marr 的這種三維表達(dá)方式也有很多不足，與很多生理和心理實(shí)驗(yàn)不符，所以人們又提出了基于圖像的表達(dá)方式.基于圖像的表達(dá)比較系統(tǒng)性的論述是Poggio 等人與2004年在Nature上的文章【2】。近幾年，特別是神經(jīng)科學(xué)的進(jìn)展，人們發(fā)現(xiàn)基于圖像的表達(dá)方式也有很多不足，所以人們猜測物體的表達(dá)模型可能是二維和三維的混合模型【3】�？傊矬w表達(dá)是一個(gè)重要的問題，但也是至今仍沒有很好解決的一個(gè)問題。
粗略地講，計(jì)算機(jī)視覺經(jīng)歷了以下4個(gè)主要發(fā)展歷程：
1：馬爾視覺計(jì)算理論．1982年馬爾視覺計(jì)算理論的提出【1】，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)視覺成為了一門獨(dú)立的學(xué)科。馬爾視覺計(jì)算理論包含二個(gè)主要觀點(diǎn)：首先，馬爾認(rèn)為人類視覺的主要功能是復(fù)原三維場景的可見幾何表面，即三維重建問題；其次，馬爾認(rèn)為這種從二維圖像到三維幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)原過程是可以通過計(jì)算完成的，并提出了從圖像初始略圖（sketch）物體2.5維描述—>物體3維描述一套完整的計(jì)算理論和方法。
2：主動(dòng)視覺，目的視覺。針對(duì)馬爾理論在具體應(yīng)用中遇到的困難，以 Aloimonos【4】，Bajcsy等為代表的學(xué)者在上世紀(jì)八十年代末、九十年代初提出了“目的視覺”、“主動(dòng)視覺”、“定性視覺”等理論。這些理論的共同特點(diǎn)是認(rèn)為馬爾理論自下到上的三維重建過程，由于缺乏目的性、缺乏高層知識(shí)反饋，從而導(dǎo)致三維重建框架不可行，重建算法不魯棒。他們強(qiáng)調(diào)視覺算法高層知識(shí)反饋的必要性和重要性，以及視覺主體與環(huán)境交互的重要性。這些理論盡管從原理上來說更加符合人類視覺過程，但由于“利用什么樣的高層知識(shí)”，“如何利用高層知識(shí)”，“視覺主體如何與環(huán)境進(jìn)行有效交互”等這些核心問題目前人們還知之甚少，在近期內(nèi)估計(jì)還很難建立有效的計(jì)算模型，所以這些理論自從1994 年眾多知名學(xué)者在CVGIP：Image Understanding上組織關(guān)于主動(dòng)視覺的大辯論后，這些理論至今仍沒有顯著性進(jìn)展。
3：分層重建理論 (Stratified Reconstruction). 以Faugeras 和Hartley 【5】 等提出的分層重建理論是上世紀(jì)90年代計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域最活躍的研究內(nèi)容。分層重建的基本思想是指從圖像到三維歐幾里得空間的重建過程中，先從圖像空間得到射影空間下的重建（11個(gè)未知數(shù)），然后將射影空間下重建的結(jié)果提升到仿射空間（3個(gè)未知數(shù)），最后將仿射空間下重建的結(jié)果提升到歐幾里得空間（5個(gè)未知數(shù)）。這種分層重建方法由于每一步重建過程中涉及到的未知變量少，幾何意義明確，所以算法的魯棒性得到了有效提高。例如Google和Microsoft公司開發(fā)的基于地面圖像的3D地圖系統(tǒng)Google Earth和Bing Map，Nokia公司開發(fā)的.基于航空?qǐng)D像的3D城市C3 Ovi Map，NASA開發(fā)的開源系統(tǒng)World Wind等等，其中的核心技術(shù)之一就是基于分層重建的從運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)的技術(shù)（SFM）。
4：基于學(xué)習(xí)的視覺。物體識(shí)別是計(jì)算機(jī)視覺的重要研究內(nèi)容。隨著基于圖像的物體表達(dá)的提出【2】和機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)展【6】，基于學(xué)習(xí)的視覺是近年來計(jì)算機(jī)視覺的研究熱點(diǎn)。所謂基于學(xué)習(xí)的視覺，就是指利用機(jī)器學(xué)習(xí)的手段來對(duì)圖像物體進(jìn)行識(shí)別的方法，包括對(duì)物體個(gè)體的識(shí)別（object identification）和對(duì)物體類別的分類（object categorization）。
另外，視覺伺服、大場景三維重建、海量圖像標(biāo)注、特定領(lǐng)域視頻分析、視覺監(jiān)控都是近年來計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域非�；钴S的研究方向。
計(jì)算機(jī)視覺有三大主要國際會(huì)議，包括兩年一次的國際計(jì)算機(jī)視覺會(huì)議（ICCV）和歐洲計(jì)算機(jī)視覺會(huì)議（ECCV）以及一年一次的計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)別會(huì)議（CVPR）。計(jì)算機(jī)視覺最著名的獎(jiǎng)是每次ICCV會(huì)議上授予的馬爾獎(jiǎng)（Marr Prize）。最主要的刊物有：IEEE T-PAMI ( IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence) 和IJCV（International Journal of Computer Vision）
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