计算机视觉概述

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1、计算机视觉概述关于计算机视觉的介绍性文章，包括计算机视觉的定义，和人类视觉的区别以及涉及到的学科等等。1.什么是计算机视觉计算机视觉既是工程领域，也是科学领域中的一个富有挑战性重要研究领域。计算机视觉是一门综合性的学科，它已经吸引了来自各个学科的研究者参加到对它的研究之中。其中包括计算机科学和工程、信号处理、物理学、应用数学和统计学，神经生理学和认知科学等。视觉是各个应用领域，如制造业、检验、文档分析、医疗诊断，和军事等领域中各种智能／自主系统中不可分割的一部分。由于它的重要性，一些先进国家，例如美国把对计算机视觉的研究列为对经济和科学有广泛影

2、响的科学和工程中的重大基本问题，即所谓的重大挑战（grandchallenge）。"计算机视觉的挑战是要为计算机和机器人开发具有与人类水平相当的视觉能力。机器视觉需要图象信号，纹理和颜色建模，几何处理和推理，以及物体建模。一个有能力的视觉系统应该把所有这些处理都紧密地集成在一起。"[Neg91]作为一门学科，计算机视觉开始于60年代初，但在计算机视觉的基本研究中的许多重要进展是在80年代取得的。现在计算机视觉已成为一门不同于人工智能、图象处理、模式识别等相关领域的成熟学科。计算机视觉与人类视觉密切相关，对人类视觉有一个正确的认识将对计算机视觉的

3、研究非常有益。为此我们将先介绍人类视觉。1.1人类视觉感觉是人的大脑与周围世界联系的窗口，它的任务是识别周围的物体，并告诉这些物体之间的关系。我们的思维活动是以我们对客观世界与环境的认识为基础的，而感觉则是外界是客观世界与我们对环境的认识之间的桥梁，使我们的思维与周围世界建立某种对应关系。视觉则是人最重要的感觉，它是人的主要感觉来源，人类认识外界信息的80%来自视觉。人有多种感觉，但对人的智力产生影响的主要是视觉和听觉。味觉和嗅觉是丰富多样的，但很少有人去思考它们。在视觉和听觉中形状、色彩、运动、声音等就很容易被结合成各种明确和高度复杂、多样的

4、空间和时间的组织结构。所以这两种感觉就成了理智活动得以行使和发挥作用的非常合适的媒介和环境。但人听到的声音要想具有意义还需要联系其它的感性材料。而视觉则不同，它是一种高度清晰的媒介，它提供关于外界世界中各种物体和事件的丰富信息。因此它是思维的一种最基本的工具。视觉对正常人来说是生而有之，毫不费力的能力。但实际上视觉系统所完成的功能却十分复杂的。有人认为视觉本身就包含了思维的一切基本因素。设想你要在一个会场中寻找一位朋友，呈现在你眼前的是由参加会议的人、桌、椅、主席台等组成的复杂景物。眼睛得到这些信息以后先要对景物的各部分进行分类，然后从中选出与

5、朋友的外表有关的特征作出判断，那么在人的眼睛视网膜上映照的景物成象是否就能直接提供判断时所需要的有关特征呢？不是的，这里需要大脑的思考。例如，虽然人在不同距离处观察同一物体时在眼睛中成象的大小是不同的。但人们在观察某人以便估计他的身高时却不会因为他在近处而感到他高些，也不会因他在远处而感到他矮些。这是由于大脑根据被观察物体的距离和与周围物体的比较，并依靠有关的知识对输入的图象信息进行处理，解释的结果。如果你是在一个灯光暗淡的剧院中寻找朋友，这个问题就变得更为困难。你刚走进剧院时开始会感到一片漆黑看不清东西，过了几分钟你的眼睛变得习惯于在黑暗中观

6、察。事实上你的视觉系统在此期间中对微光变得更敏感了。但这时许多本来可用的信息丧失了，物体可能难以与背景相区分，许多细节难以分辨。即使这样人也总能认出朋友。总之，视觉是一个复杂的感知和思维的过程，视觉器官-眼睛接受外界的刺激信息，而大脑对这些信息通过复杂的机理进行处理和解释，使这些刺激具有明确的物理意义。从以上分析我们还可以看到敏感（Sansation）、感觉（Perception）、认知（Cognition）这三个概念之间的联系和差别。敏感是把外界的各种刺激转换成人体神经系统能够接受的生物电信号。它所完成的是信号的转换，并不涉及对信号的理解。例

7、如，人眼是视觉的敏感器官，它使光信号通过视网膜转换电信号。与摄象机的光电传感器相似，视网膜的感光细胞对光信号在平面上进行采样，产生点阵形式的电信号，所不同的仅是摄象机的空间采样是均匀的，而视网膜的采样是不均匀的，在中央凹附近采样分辨率高，而在周围的分辨率低。而感觉的任务是把敏感器官的各种输入转换和处理成为对外部世界的理解。例如，对视觉来说就是能说出周围世界中有什么东西和这些东西之间的空间关系。这些都是关于周围世界的概念。从输入的点阵形式的信号到形式对客观世界的各种概念其中要经过复杂的信息处理和推理。而认知是以人们对周围客观世界的概念为基础的。如

8、果没有感觉这个人与外部世界的桥梁或窗口，人的思维活动就换去基本的依据。1.2计算机视觉人类正在进入信息时代，计算机将越来越广泛地进入几乎所有领域。一方