计算机视觉

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计算机视觉(ComputerVision)是人工智能领域的一个重要分支,它专注于使计算机和系统能够从图像、视频等视觉输入中提取有意义的信息,并据此进行决策或提供建议。计算机视觉以其标准化程度高、应用范围广和出色的可移植性而著称。图像可以被定义为一个以两个实变量(坐标x和y)为基础的函数f(x,y),该函数表示位于x和y坐标点的亮度或颜色,其中x通常代表水平轴,y代表垂直轴。而当这个函数f针对有限的...

计算机视觉(Computer Vision)是人工智能领域的一个重要分支,它专注于使计算机和系统能够从图像、视频等视觉输入中提取有意义的信息,并据此进行决策或提供建议。计算机视觉以其标准化程度高、应用范围广和出色的可移植性而著称。

相关概念

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图像、数字图像与像素

图像可以被定义为一个以两个实变量(坐标x和y)为基础的函数f(x,y),该函数表示位于x和y坐标点的亮度或颜色,其中x通常代表平轴,y代表垂直轴。而当这个函数f针对有限的x和y值时,则称之为数字图像,即通过一组有限数字值表示的二维图像。这些有限数字值称为像素,代表图像中固定数量的行和列。每个像素都含有表示该点颜色和强度的值,这些值有时也被称为图片元素或图像元素。数字图像的本质是现实场景的近似表示,通过不同的灰度级别、颜色、高度和不透明度来模拟真实的视觉效果。

颜色模型

RGB模型:在表示颜色方面,RGB模型将红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三个基本颜色分量组合起来,形成不同的颜色。

HSV模型:与RGB不同,基于人类对颜色的感知构建的HSV模型,通过色调(Hue)、饱和度(Saturation)和亮度(Value)三个参数来定义颜色,其中色调指的是颜色的类型,饱和度反映了颜色的纯净程度,而亮度则描述了颜色的明暗。

计算机视觉

RGB颜色模型举例

机器视觉

机器视觉作为工业领域中的一项关键技术,专注于通过计算机和传感器解析视觉信息,以执行诸如图像识别、目标检测和三维重建等任务。区别于图像处理的是,机器视觉更加注重于视觉信息的实时、准确理解和控制,目的是为了实现高效的机器人操作和其他实时应用,强调的是实时控制与应用。

机器视觉与其他视觉技术的区别

计算机视觉、图像处理和机器视觉虽然在技术和应用上有很多交叉点,但各自也有明确的侧重点:计算机视觉致力于如何让计算机模拟人类的视觉系统,图像处理主要关注如何获取、处理和改善图像,而机器视觉则是使机器能够理解和解释视觉信息。

发展历程

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初始探索与基础建设

计算机视觉的萌芽期始于1950年代,这一时期的研究主要集中在二维图像的处理和分析上。早期的工作,如图像增强、滤波等基础图像处理技术,虽然相比后来的发展较为初级,但为计算机视觉领域奠定了重要的基础。1957年,Russell A. Kirsch(罗素 · 基尔希)的团队开发了世界上X台扫描仪,创造了X幅数字图像,开启了数字图像处理时代。此外,Marvin Minsky()及其团队的“随机神经模拟机”(SNARC)展示了通过机械方式模拟人类视觉处理的早期尝试。

进入1960年代,计算机视觉的研究开始向三维视觉的探索迈进。Larry Roberts(拉里·罗伯茨)提出了从线画中提取三维形状的方法,为早期理解复杂视觉场景铺平了道路。此时期还见证了模式识别领域的发展,Ivan Sutherland(伊万·萨瑟兰)的Sketchpad对三维建模和视觉显示的贡献,为后续的三维视觉研究提供了技术基础。

1970年代,计算机视觉与人工智能的结合开始加深。研究者们探索如何利用AI技术进行图像理解和物体识别,这个时期的研究重点包括图像处理的基本技术,如边缘检测和简单的模式识别等。如Hans Moravec(汉斯·莫拉维克)将人工智能技术应用于视觉处理领域,为后来的自主机器人、无人驾驶汽车以及计算机视觉的发展奠定了基础。

理论深化与应用初现

在1980年代,计算机视觉领域聚焦于数学理论和层次模型的探索。1977年,David C. Marr(大卫·马尔)提出了一种基于层次模型的视觉处理理论,这个理论将视觉处理分为不同的层次,每个层次都有其对应的处理过程和计算目标,为目标检测和场景理解等高层次的计算机视觉任务奠定了理论基础。进入1990年代后,随着计算能力的提升,计算机视觉开始更多地关注于实际应用。1999年,David Lowe大卫·劳)提出的尺度不变特征变换(SIFT)算法,成为了图像特征提取领域的一个重要里程碑,并对后续的研究和应用产生了深远影响。

机器学习的兴起

21世纪初,计算机视觉领域迈入了一个以机器学习为核心的新阶段。2005年,Navneet Dalal(纳夫尼特·达拉尔)和Bill Triggs比尔·特里格斯)提出了定向梯度直方图(HOG)特征,该特征迅速成为物体识别中的一个广泛使用的描述符。同时,Vladimir Vapnik(弗拉基米尔·瓦普尼克)推动了支持向量机(SVM)的理论和应用的进一步发展,其在物体识别和图像分类任务中的应用,展现了机器学习处理复杂视觉信息的强大潜力。

深度学习引领新浪潮

2012年,深度学习在计算机视觉领域取得了重要突破,AlexNet在ImageNet图像识别挑战赛中的卓越表现,标志着深度卷积神经网络(СNN)在图像识别任务中的有效性,开启了深度学习技术在计算机视觉领域研究的新纪元。此后,深度学习技术在视觉与语言融合、自然语言处理等多个方面取得了显著的进展。进入20X,自监督学习的兴起进一步推动了计算机视觉技术的发展,促进了技术在多领域应用中的普适性。计算机视觉算法的显著性能和可靠性提升,彰显了深度学习技术在实际应用中的巨大潜力,同时也为该领域未来的发展方向提供了新的思路和可能性。

跨界融合与伦理前瞻

20X后,图像生成和合成技术如DALL-E、MidJourney和Stable Diffusion展示了AI如何根据文本提示创造出逼真的图像和艺术作品,这些技术在内容创作、产品设计和合成数据生成等多个领域被应用​。紧随其后,增强现实(AR)技术的发展将计算机视觉与日常生活更紧密地结合在一起,如苹果公司的Apple Vision Pro重新定义了用户与应用的互动方式,提供了一个无边界的虚拟画布,允许用户X地在周遭空间中放置并调整应用的大小,创造了一种全新的使用体验。​

随着图像生成和合成技术的发展,深度伪造(Deepfake)检测成为了一个重要议题。深度伪造(Deepfake)技术的检测是一个旨在识别和区分那些使用深度学习技术生成的假视频或图像的过程。其最初是由Reddit社区的用户‘deepfakes’在2017年首次发布的开源实现,它迅速演变成了用于面部伪造的主流工具。

2024年初,生成对抗网络(GANs)和扩散模型(DMs)的快速发展,吸引了学术界和工业界对深度伪造的检测及其性能的极大关注。例如,Facebооk、Microsoft和Amazon联合在Kaggle上从2019年到20X发起了一个深度伪造检测挑战(DFDC)​,以寻找检测虚假媒体信息的有效方法。

基本原理

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其基本原理主要依据仿真学,通过模拟人类视觉功能,并利用计算机替代人类的视觉活动。计算机视觉使用各类传感器或成像设备,通过集成、封装在计算机内部的系统充当机器的视觉器官,以捕捉、处理和分析外部世界的视觉信息。这一领域的核心在于通过算法让计算机能够理解图像内容,从而执行各种复杂的视觉任务如环境感知和医学影像分析。

这一过程从图像获取开始,涵盖预处理、特征提取与描述,进而到训练与学习,最终实现特定的应用任务,如模式识别、分类和对象检测等。

图像获取

图像获取是计算机视觉流程的起始点,涉及使用相机或其他成像设备捕获外界的视觉信息。这一过程不仅包括图像的捕捉,也涉及图像的初步数字化,为后续的处理步骤做准备。在这一阶段,图像的质量和分辨率对后续步骤的影响尤为重要,因此通常需要选择适当的成像设备和设置来确保获取高质量的图像数据。

图像预处理

图像预处理是准备阶段,其目的是改善图像数据的质量,包括滤波、去噪、对比度增强等操作,以减少后续分析中的误差和不确定性。例如,图像采样与重构关注于从连续的图像场景中获取离散的图像样本,并确保这些样本能够准确地代表原始场景。图像量化则涉及将图像的灰度或颜色级别从较宽的范围压缩到较小的离散集合中,减少数据处理的复杂性。预处理的目标是提升图像数据的质量,为特征提取和进一步的分析提供更清晰、更准确的基础。

特征提取和描述

特征提取与描述是计算机视觉领域内的核心环节,关注于从图像中提炼出关键信息,如边缘、角点、纹理、和颜色等特征,这些特征对于实现图像的识别、分类及其他复杂任务至关重要。

在传统算法中,特征提取依赖于人为设计的规则和算法。研究者根据经验和对图像特性的理解,制定手工规则来处理图像数据。这些规则可能涉及到像素值的计算、滤波器的应用、空间关系的分析等。传统方法的优势在于其直观性和对计算资源的低要求,使其在计算能力受限的环境中依然可用。然而,这些方法通常需要领域专业知识,且在面对复杂或变化的图像条件时,其性能可能会受限。

相较之下,深度学习方法,特别是卷积神经网络(СNN),引入了一种从大量数据中自动学习特征表示的方式。СNN通过其多层结构自动学习到从低级到高级的特征表示,这一点对于处理图像的复杂性和多样性尤为重要。深度学习模型通过在大规模标注数据集上的训练,能够识别并利用那些对特定任务最有意义的特征,这提高了模型在图像识别、分类和检测等任务中的表现。

训练与应用

在深度学习的背景下,计算机视觉系统通过不断迭代和调参,能够X地完成多样的视觉任务。深度学习方法,从早期的R-СNN到更快速的方法如Fast R-СNN、Faster R-СNN,以及YOLO,均展示了它们在对象检测、面部检测和行人检测等特定任务上的应用潜力。同时,计算机视觉也被逐渐应用于自动驾驶、生产自动化和医疗成像等方向。

图像处理技术

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图像滤波

图像滤波是数字图像处理中的关键技术,旨在有效抑制噪声干扰的同时尽可能保留图像原始细节特征。在图像预处理阶段,滤波操作对于后续图像处理和分析的准确性与可靠性至关重要。

噪声,如图像采集设备的固有噪声、传输误差、环境因素等,会影响图像质量,模糊细节信息。为了消除或减弱噪声的影响,可以采用多种滤波方法,包括均值滤波、中值滤波、高斯滤波等,各自适用于不同的噪声类型和图像特点。

各种滤波方法比较

方法

执行方式

优点

缺点

适用场景

均值滤波

计算每个像素的邻域内像素值的平均值,并用此值替换中心像素

简单高效,能有效去除图像噪声

可能导致图像细节模糊

适用于去除随机噪声,特别是当图像的总体结构比细节更重要时

中值滤波

替换每个像素的值为其邻域内像素值的中位数

特别有效于去除椒盐噪声,保持边缘比均值滤波更清晰

相较于均值滤波处理速度慢

适用于去除椒盐噪声,保持图像边缘的场景

高斯滤波

使用高斯函数作为权重系数,对每个像素及其邻域内的像素应用

去噪的同时更好地保留图像结构和边缘信息

相较于均值滤波可能不如在某些去噪效果上直观

适用于需要平滑处理而又要尽量保留边缘信息的场景

在实际应用中,选择合适的滤波方法需要根据具体的图像特点和处理需求来决定。同时,滤波操作也需要在保证去除噪声的同时,尽可能保留图像的原始细节特征,以避免对后续图像处理和分析造成不良影响。

边缘检测

边缘检测是识别图像中显著变化区域的关键计算机视觉技术,如标识物体边缘、角点及区域边界。该过程通过比较像素差异,依据亮度、颜色和纹理变化执行。亮度边缘检测计算像素亮度差,颜色边缘检测关注颜色过渡,而纹理边缘检测评估纹理变化。这些边缘信息对图像分析、目标识别等后续处理至关重要,提升了计算机对图像内容的理解能力。

图像增强

图像增强的目标是通过调整亮度、对比度等视觉属性,精细提取图像或特定感兴趣对象中的详细信息,这对图像处理和分析至关重要,直接影响信息提取的质量和可靠性。亮度调整能够揭示图像细节,尤其是在暗淡或过亮区域;增强对比度则使边缘和轮廓更鲜明,有助于识别图像的不同部分。此外,调整色彩平衡和执行锐化操作也是重要手段,分别用于改善图像的色调和增强边缘细节,进一步优化图像质量,提升视觉效果和信息提取的准确性。

图像配准

图像配准是将不同来源的多幅图像空间对齐的关键技术,适用于图像的比较、融合或分析。该过程依靠匹配图像的特征点或结构,如边缘和角点,确保图像在同一坐标系下精确对齐。

配准过程包括特征检测和特征匹配。算法通过特征描述符比较、空间变换模型应用和全局优化建立匹配点对,并估计空间变换(包括平移、旋转、缩放、仿射或非线性变换)实现图像映射对齐。对齐后的图像可直接进行比较和分析,这对医学图像处理、遥感图像变化检测和计算机视觉目标跟踪等应用至关重要。

图像融合

图像融合是一种将多个曝光级别的图像集成到一个高质量全曝光图像的过程。随着多尺度分析和深度学习等图像表示理论的发展,该领域取得了显著进展。图像融合是解决现有成像设备、显示监视器与自然场景动态范围匹配不完全问题的一种简单、经济、有效的方法,避免了成像硬件电路设计的复杂性,降低了设备的重量和功耗,并提高了图像质量。

任务类别

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计算机视觉

计算机视觉算法和应用的例子,其中(a)人脸检测算法(b)对象分割(c) 结构重建算法(d)立体匹配算法

计算机视觉的任务是利用计算机和相关设备模拟人类的视觉功能,对图像或视频进行处理、分析和理解。其主要任务类别以及对应的经典模型如下:

图像分类

图像分类是计算机视觉中的基础任务,旨在将输入图像分配到预定义的类别中。通过利用深度学习方法,图像分类在大规模数据取得了显著的成功。它能够准确地预测指定图像属于哪个特定类别并进行分类(猫、狗、苹果、人脸等),应用程序可利用该技术自动识别有内容安全问题的图像。图像分类主要依靠MTСNN、LightСNN模型和FaceBoxes技术来实现。集上以下是它们各自的特点及作用:

名称

特点

作用

MTСNN

深度学习模型,由P-Net、R-Net和O-Net三个级联的卷积神经网络组成

人脸检测和对齐,快速生成候选窗口,过滤筛选,精细调整输出人脸关键点

LightСNN

轻量级卷积网络模型,采用Max-Feature-Map激活函数变体

专门处理含噪声的人脸识别数据集,解决噪声标签图像问题

FaceBoxes

轻量化检测器,通过快速消化卷积层(RDCL)和多尺度卷积层(MSCL)进行检测

在单个CPU上实现实时人脸检测,速度性能稳定,与人脸数量无关

目标检测

目标检测是计算机视觉中的关键任务,它不仅需要识别图像中的对象,还要精确定位这些对象的位置。基于深度学习的方法,如Faster R-СNN、Mask R-СNN、YOLOv3、CenterNet和EfficientDet,不仅提高了检测的精度,也加速了检测过程。极大推动了该领域技术的进步。以下这些方法各自的特点及作用:

名称

特点

作用

Faster R-СNN

引入区域提议网络(RPN),可实现端到端训练

提升目标检测速度和准确性,适用于多种应用场景

Mask R-СNN

在Faster R-СNN基础上添加分割掩膜预测分支,可实现实例分割

合并目标检测和实例分割任务,提高模型的效率和准确度

YOLOv3

通过Darknet-53、多尺度检测设计,平衡了速度与精度,优化小物体检测

对实时目标检测,适合需要快速反应的应用场景

CenterNet

采用无锚点设计,通过关键点检测预测目标中心,速度和精度俱佳

简化目标检测流程,提升检测性能,适用广泛

EfficientDet

使用BiFPN和复合尺度缩放技术,提高计算效率和推理速度

高效目标检测,优化推理速度和精度,适用于资源受限环境

图像分割

图像分割是将数字图像细分成多个图像子集的过程,旨在简化或改变图像的表示形式,它为图像中的每个像素赋予一个标签,使具有相同标签的像素具有某种共同视觉特性。通过利用深度学习模型,如FCN和U-Net,大幅提升了图像分割的精度与效率。以下这些模型各自的特点及作用:

名称

特点

作用

FCN

将СNN的全连接层转化为卷积层,通过反卷积层上采样实现逐像素分类

推动图像分割领域发展,适用于任意尺寸输入的像素级预测

U-Net

采用编码器-解码器结构和跳跃连接,优化医学图像分割精度

在医学图像分割中表现优异,也适用于卫星图像分割、工业瑕疵检测等任务

对象跟踪

对象跟踪涉及在视频序列中追踪目标的位置。它主要应用于顺序捕获的或实时视频源的图像,通过在连续帧之间建立关联,以实现对运动目标的精确追踪。例如,自主驾驶汽车不仅需要对行人、其他车辆、道路基础设施等对象进行分类和检测,还必须能够在行驶过程中跟踪它们以避免发生碰撞并遵守交通规则。基于深度学习的Siamese和RNN模型,可进一步提高对象跟踪的精确性。以下这些模型的特点及作用:

名称

特点

作用

Siamese

基于成对输入和相似性度量的网络结构,通过比较输入对进行学习

用于相似性和区分性任务,如人脸验证、签名验证和物品推荐

RNN

具有记忆功能的网络,能够处理序列数据,通过循环连接传递信息

广泛应用于时间序列分析、语言模型、文本生成和机器翻译

图像检索

利用计算机视觉,根据图像内容从大型数据存储中浏览、搜索和检索图像。这个任务可以包含自动图像注解,以取代手动图像标记。通过查询图像找到与之相似的图像,这些任务可以提高搜索的准确性和效率。这种技术将图像映X高维空间,使得相似图像在该空间中距离较近,为大规模图像数据库的高效检索提供了有效手段。

图像生成

图像生成是计算机视觉领域的关键分支,它包括从不同类型的数据(如文本、场景图、对象布局)创建图像,致力于创造全新、逼真的图像。使用VAE、GAN及扩散模型等深度学习方法,可以自动生成图像。这些方法极大地推动了条件输入下的图像生成研究,如文本到图像的生成。​以下这些技术各自的特点及作用:

名称

特点

作用

VAE

结合变分推断和生成模型的优点,通过潜在变量分布估计提高模型健壮性和泛化能力

能学习数据中的潜在变量,生成新样本,非重复输入数据

GAN

由生成器和判别器构成,通过竞争和对抗优化能力,生成逼真数据,应用于图像、文本、语音等

在图像生成、文本创作、语音合成等领域展现强大应用能力,解决过拟合问题

扩散模型

扩散模型(Diffusion Model)是一类基于概率似然的生成模型,起源于非均衡热动力学。其工作原理是通过引入噪声,然后尝试通过去噪来生成图像。在一段时间内,模型通过多次迭代学习从噪声输入中生成新图像。该模型试图学习噪声分布而不是数据分布,并使用马尔可夫链的概念建模噪声分布,从而使其成为概率模型。扩散模型可以分为宏观扩散模型、微观扩散模型和基于复杂网络的扩散模型等。

姿态估计

姿态估计(Pose Estimation)是计算机视觉领域中的一个关键任务,旨在检测图像或视频中的人体姿态,即确定人体关键部位的位置和方向。姿态估计的输出通常是一组关键点坐标,这些坐标描述了人体在图像中的姿态。姿态估计在人机交互、动作识别、运动分析等领域有着广泛的应用。

姿态估计的基本思想是利用某种几何模型或结构来表示人体的结构和形状,并通过提取某些特征,在模型和图像之间建立起对应关系。然后,通过几何或其他方法实现人体空间姿态的估计。姿态估计可分为2D姿态估计和3D姿态估计,前者估计每个关节在图像平面上的2D坐标,后者则估计关节在三维空间中的坐标。

利用深度学习模型HRNet、Stacked Hourglass Networks、CPM等可以更好的实现姿态估计。以下这些技术各自的特点及作用:

名称

特点

作用

HRNet

维持高分辨率表示全过程,通过并行连接不同尺度的特征以增强特征的表达能力。

在各种尺度上准确地检测人体关键点,特别适用于精细的姿态估计任务。

Stacked Hourglass Networks

通过多级特征整合实现精确的关键点定位,采用自下而上和自上而下的处理以及中间监督。

提供了一种有效的架构来捕捉和整合人体各部位之间的空间关系,用于人体姿态估计。

Convolutional Pose Machines

顺序卷积架构,逐步细化预测,隐式学习图像与部位间的长距离依赖性。

有效捕捉人体各部位及其空间关系,用于复杂环境下的人体姿态估计。

实现框架

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名称

是否开源

支持平台

开发商

特点

Logo

OpenCV

支持多平台,包括Linux、Windows、Android和Mac OS操作系统

由Intel在1999年创立,现由Willow Garage支持,得到了微软、IBM、Gооgle等全球各大公司和X科研机构的共同维护

提供丰富的图像处理和计算机视觉算法,如图像滤波、特征提取、目标检测、人脸识别等。采用优化算法和数据结构,确保图像处理和计算的高效性

计算机视觉

SimpleCV

支持多平台,包括Linux、Windows和Mac OS操作系统

作为一个开源项目,由全球的开发者社区共同贡献和支持

语法简单,提供图像处理和计算机视觉任务的易用接口。涵盖图像获取、滤波、特征提取、目标检测、运动跟踪等功能。

目前SimpleCV的开发已停止,OpenCV作为其继任者,继续发挥作用

计算机视觉

TensorFlow

支持多个操作系统和硬件平台,包括Windows、Linux、Mac OS以及CPU、GPU等

Gооgle主导的项目,拥有一个庞大的全球社区贡献代码、分享经验

具有灵活高效的计算图框架,支持构建和训练复杂神经网络模型,并兼容多种编程语言。提供丰富的生态系统及详尽教程

计算机视觉

PyTorch

它支持多个操作系统和硬件平台,包括Windows、Linux、Mac OS以及CPU和GPU

由Facebооk人工智能研究院(FAIR)开发和维护

使用动态计算图,支持直观的编程风格,便于研究和原型设计。语法简洁直观,配备了丰富的调试工具,如自动微分和可视化。通过GPU加速和分布式训练支持处理大数据集和复杂模型。API灵活,支持扩展定制

计算机视觉

Keras

支持多种操作系统和硬件平台,包括Windows、Linux、Mac OS以及CPU和GPU

由谷歌工程师François Chollet创立,其GitHub页面显示有超过800名贡献者共同维护

通过高级API简化了神经网络模型的构建和训练过程,其模块化设计增加了构建复杂网络结构的灵活性,支持轻松添加或修改组件。可与多种深度学习框架如集成,保证兼容性。具有快速原型能力及丰富的文档和教程

计算机视觉

应用领域

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计算机视觉在商业、娱乐、交通、医疗等多个领域发挥着核心作用。得益于智能手机、安全监控和交通摄像头等设备不断产生的大量视觉数据,计算机视觉应用得以发展和训练,进而深入到我们生活的方方面面。这些进步不仅展示了计算机视觉技术的广泛应用,也彰显了其在推动社会进步和改善人类生活质量方面的重要性。

工业制造

计算机视觉

海康威视视觉产品简介

品质检测

这是计算机视觉在工业制造中应用的一个重要方面。通过对产品表面进行拍照和分析,可以检测出表面的缺陷、划痕以及其他质量问题。这种无损检测技术不仅提高了检测的准确性和效率,而且降低了人工劳动量,为产品质量的保障提供了坚实的技术支持。例如,在汽车制造领域,计算机视觉技术可以应用于车身涂装的质量检测,通过识别涂层中的气泡、颗粒和其他缺陷,确保涂装质量符合标准。

尺寸测量

对于一些运动部件或大尺寸产品,传统的测量方法可能无法满足精度和效率的要求。而计算机视觉技术,特别是结合3D相机,可以实现高精度的尺寸测量。通过获取物体的立体区域信息,计算机视觉系统能够准确测量产品的尺寸,大大提高了测量的准确性和效率。

自动搬运与定位

计算机视觉技术可以智能识别生产线上的零部件,并根据预设的指令准确地将它们从一处转移到另一位置。此外,通过实时追踪物品的移动轨迹,计算机视觉技术还可以确保生产线上不出现零件拼接等错误,从而提高生产效率和降低出错率。

机器人导航与操控

在工业机器人系统中,计算机视觉技术发挥着关键的作用。通过视觉识别与定位,机器人可以自主导航到指定位置,并精确地完成抓取、放置等操作。这大大提高了工业生产的自动化水平和效率。

自动驾驶

计算机视觉

蔚来视觉模块介绍

环境感知与障碍物识别

计算机视觉系统利用摄像头捕获道路和周围环境的图像,通过图像处理和深度学习算法识别车辆、行人、交通标志、道路标线等障碍物和交通信号。这些识别结果对于自动驾驶车辆来说至关重要,有助于它们做出正确的决策和规划行驶路径。

车道线检测与道路定位

计算机视觉可以准确地识别道路的车道线,确定车辆在道路上的位置,并帮助车辆保持在正确的车道内行驶。同时,通过与高精度地图的结合,计算机视觉还可以实现车辆的精确定位和导航。

车辆跟踪与预测

通过计算机视觉技术,自动驾驶车辆可以实时跟踪周围的车辆,并根据它们的运动轨迹和速度预测它们的行为。这有助于车辆避免潜在的碰撞风险,实现安全驾驶。

医学影像分析

计算机视觉

医学图像分析例子

病变检测与识别

计算机视觉技术可以自动识别和定位医学影像中的病变区域,如X、炎症等。这对于早期诊断和治疗计划的制定至关重要。基于深度学习的СNN模型,在提高病变检测的准确性和效率方面展现出了显著的能力。

医学影像分割

医学影像分割是将影像中的感兴趣区域(如器官、组织等)从背景中分离出来的过程。这一步骤对于量化分析、疾病监测和治疗效果评估非常关键。U-Net是一种专门为医学影像分割设计的深度学习架构,因其卓越的性能而广受关注。

3D重建与可视化

3D重建技术能够从一系列二维医学影像中构建出三维模型,为医生提供更直观的视图来理解复杂的解剖结构和病变情况。此外,3D可视化在手术规划和导航、患者教育等方面也有广泛应用。

零售分析

智能货架管理

通过计算机视觉技术,零售店可以实时监控货架上的商品数量、摆放位置等,实现库存的X管理。系统能够自动检测缺货情况,及时提醒补货,避免商品断货。

计算机视觉

使用相关技术的“天猫未来店”

顾客行为分析

利用计算机视觉技术,零售店可以分析顾客的购物行为,如顾客在店内的移动轨迹、停留时间、关注商品等。这些数据有助于商家了解顾客的购物习惯和喜好,优化商品布局和陈列方式,提升X效果。

智能安防监控

计算机视觉技术可用于零售店的安防监控,实现异常事件的自动检测和报警。例如,系统可以识别出盗窃、打架等异常行为,及时通知安保人员进行处理。

物流拣货

计算机视觉

京东物流链视觉相关产品

智能分拣与搬运

通过计算机视觉技术,物流中心可以实现货物的自动识别和分类,减少人工操作,提高分拣效率和准确性。同时,智能搬运机器人可以根据视觉系统提供的信息,实现货物的自动搬运和堆放。

智能配送管理

计算机视觉技术可用于配送车辆的路线规划和调度,实现配送路径的优化和成本的降低。此外,通过视觉识别技术,系统还可以实时监测货物的状态和位置,确保货物安全送达。

智能仓储管理

在仓储环节,计算机视觉技术可以帮助实现货物的自动识别、定位和盘点,提高仓储效率和准确性。同时,通过对仓储环境的监控,系统还可以及时发现并处理异常情况,确保仓储安全。

发展趋势

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边缘节点的计算机视觉

在物联网和边缘计算的推动下,计算机视觉技术正逐渐向边缘节点转移。这一变化不仅减少了延迟,提升了响应速度,尤其在自动驾驶和智能监控等领域,还增强了数据隐私保护,减轻了中心服务器的数据处理压力。边缘计算使得轻量级计算机视觉模型能在边缘设备上运行,展现了计算机视觉技术在未来应用的广泛可能性。

计算机视觉即服务

计算机视觉即服务(Computer Vision as a Service,CVaaS)模式的兴起,标志着计算机视觉技术向服务的普及化、模型的定制化和技术的X化迈进。这种模式依托于云服务平台的完善和计算机视觉技术的成熟,为企业和个人提供易于集成和使用的计算机视觉功能,无需专业深度即可实现应用。随着技术的不断发展,CVaaS正变得越来越普及,它不仅满足了各行各业对计算机视觉功能的定制化需求,还降低了技术应用的门槛,让非专业人士也能通过简单的接口和工具利用计算机视觉技术解决实际问题,促进了计算机视觉技术的广泛应用和创新。

数据为中心的计算机视觉

以数据为中心的计算机视觉要有足够多的数据来支撑模型的训练,更重要的是要确保数据的质量、多样性和标注的准确性。使用高质量的数据集,可以训练出更加精确、鲁棒的计算机视觉模型。在这个过程中,数据标注和预处理技术至关重要。自动提取并标记数据的技术能够提升标记数据的质量,使得模型能够在更少的数据下获得相同或更好的性能。这不仅可以降低资金投入和计算资源等方面的成本,还可以加速模型的训练和优化过程。

数据质量与多样性的增强

计算机视觉的进步对数据质量和多样性提出了更高要求。为了培养出更鲁棒和精确的模型,未来系统将依赖于高质量和多样化的数据集。改善数据收集和标注流程,以及运用合成数据和无监督学习等方法,将是提升数据质量和多样性的关键。

数据驱动的模型优化

在数据为中心的计算机视觉中,模型优化将密切依赖于数据分析和自动化调优工具,如超参数和网络结构搜索,以挖掘数据潜力并精细调整模型性能。

数据安全性的提升

随着数据量增长和应用拓展,数据安全性和隐私保护变得尤为重要。未来计算机视觉系统将加大对隐私保护的投入,利用如差分隐私、联邦学习等先进技术确保数据安全。同时,强化数据管理和法规制定,完善标准,是保障数据安全的关键方向。

面临挑战

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光线变化

光线变化是计算机视觉中的一个常见挑战,包括亮度、对比度和颜色变化,这些变化可能导致图像中的特征提取和识别变得困难。尤其在从低光照到高光照或从室内到室外的过渡中,算法的性能可能显著下降。研究者们提出了多种方法,包括图像预处理和利用深度学习技术训练模型适应不同光照条件,但仍存在许多问题需要解决。

投影

投影挑战源于物体表面曲率或纹理导致的图像变形。在三维重建中,复杂形状和纹理影响图像准确性,扭曲和变形可能导致结果不佳。在物体识别中,不同外观可能因视角、光照而异,误识别会降低算法准确性,影响后续任务执行和决策。

视觉变换

实际应用中,视角变动常导致物体外观和形状显著变化,如角度、距离或观察点的不同。这种变化由X效应引发,使物体形态各异,给识别和跟踪带来挑战。在复杂动态环境中,物体遮挡和重叠随视角变化而复杂化,进一步加剧难度。视角变化不仅影响外观,还干扰特征提取和匹配。特征描述物体属性,但视角变动导致特征变化,算法难以正确匹配或识别。例如,人脸识别中视角变化导致特征点位移和变形,识别算法匹配困难。

参考资料

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展开[1]什么是计算机视觉?. 数据科学, NVIDIA

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词条目录
  1. 相关概念
  2. 图像、数字图像与像素
  3. 颜色模型
  4. 机器视觉
  5. 发展历程
  6. 初始探索与基础建设
  7. 理论深化与应用初现
  8. 机器学习的兴起
  9. 深度学习引领新浪潮
  10. 跨界融合与伦理前瞻
  11. 基本原理
  12. 图像获取
  13. 图像预处理
  14. 特征提取和描述
  15. 训练与应用
  16. 图像处理技术
  17. 图像滤波
  18. 边缘检测
  19. 图像增强
  20. 图像配准
  21. 图像融合
  22. 任务类别
  23. 图像分类
  24. 目标检测
  25. 图像分割
  26. 对象跟踪
  27. 图像检索
  28. 图像生成
  29. 姿态估计
  30. 实现框架
  31. 应用领域
  32. 工业制造
  33. 品质检测
  34. 尺寸测量
  35. 自动搬运与定位
  36. 机器人导航与操控
  37. 自动驾驶
  38. 环境感知与障碍物识别
  39. 车道线检测与道路定位
  40. 车辆跟踪与预测
  41. 医学影像分析
  42. 病变检测与识别
  43. 医学影像分割
  44. 3D重建与可视化
  45. 零售分析
  46. 智能货架管理
  47. 顾客行为分析
  48. 智能安防监控
  49. 物流拣货
  50. 智能分拣与搬运
  51. 智能配送管理
  52. 智能仓储管理
  53. 发展趋势
  54. 边缘节点的计算机视觉
  55. 计算机视觉即服务
  56. 数据为中心的计算机视觉
  57. 面临挑战
  58. 光线变化
  59. 投影
  60. 视觉变换
  61. 参考资料

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