Artificial Intelligence 第十章机器视觉 一 10.1图象的理解与分析 10.2积木世界的景物分析 10.3视觉的知识表示与控制策略 10.4物体形状的分析与识别 10.5机器人视觉糸统举例 10.6小结
第十章 机器视觉 10.1 图象的理解与分析 10.2 积木世界的景物分析 10.3 视觉的知识表示与控制策略 10.4 物体形状的分析与识别 10.5 机器人视觉系统举例 10.6 小结
0.1图象的理解与分析 10.1.1视觉信息的表达方法 根据马氏(Mar)提出的假设,视觉信息处理过 程包括3个主要表达层次,即初始简图、二维半简 图和三维简图。如下图所示 形 立体 景物图象 初始简图 维半简图 维 简 纹理 图/c 遮蔽 特征抽聚集 取算法算法 2
2 10.1 图象的理解与分析 10.1.1 视觉信息的表达方法 根据马氏(Marr)提出的假设，视觉信息处理过 程包括3个主要表达层次，即初始简图、二维半简 图和三维简图。如下图所示： 外形 特征抽 取算法 聚集 算法 二 维 半 简 图 三 维 简 图 初 始 简 图 景 物 图 象 立体 纹理 遮蔽 ? ?
10.1图象的理解与分析 10.1.2边缘距离的计算 令图象辉亮边缘的平均与差分 种处理噪声边缘的方法包括下列凹个步骤: (1)从图象建立平均亮度阵x (2)从平均亮度阵列产生平均一阶差分阵列 F 2 (3)从一次平均差分阵列建立二次平均差分阵列 E++F)+(F-F1) ④4)据所得阵列,记下峰点、陡变斜率和过委点, 以寻求边缘信号的集合。 3
3 10.1.2 边缘距离的计算 ❖图象辉亮边缘的平均与差分 一种处理噪声边缘的方法包括下列四个步骤： (1)从图象建立平均亮度阵 3 = i−1 + i + i+1 i I I I A 2 2 ( ) ( ) +1 −1 +1 − −1 = − + − = i i i i i i i A A A A A A F 2 2 ( ) ( ) +1 −1 +1 − −1 = − + − = i i i i i i i F F F F F F S (2) (3)从一次平均差分阵列建立二次平均差分阵列 (4)据所得阵列，记下峰点、陡变斜率和过零点， 以寻求边缘信号的集合。 10.1 图象的理解与分析
10.1图象的理解与分析 灵长目动物视网膜特性 假设 (1)灵长目动物视膜的滤波处理功能在运算上 与由墨西哥草帽形点扩散函数的滤波相似; (2)存在两种视膜细胞,一种传输滤波图的 正向部分,一种传递滤波图象的负向部分; 3墨西哥草帽形滤波器是通过激发与禁止这 丙种操作的组合来实现的
4 ❖灵长目动物视网膜特性 假设： (1)灵长目动物视膜的滤波处理功能在运算上 与由墨西哥草帽形点扩散函数的滤波相似； (2)存在两种视膜细胞，一种传输滤波图象的 正向部分，一种传递滤波图象的负向部分； (3)墨西哥草帽形滤波器是通过激发与禁止这 两种操作的组合来实现的。 10.1 图象的理解与分析
10.1图象的理解与分析 令物体距离的确定 公式 dd+f dd+f a +B 透镜 d fb (眼球) a+ b 5
5 ❖物体距离的确定 P b f b l r 透镜 (眼球) α β 公式 + + = + + = r d f r d l a d f l d , + = fb d 10.1 图象的理解与分析
10.1图象的理解与分析 10.1.3表面方向的计算 反射图体现无照约束 把从所有可能位置观察到的亮度都相同的表面定义 为朗伯表面( Lambertian Surface),它的亮度只由光源的方 向决定。这一关糸遵循下列公式:E= pcos 心表面方向的确定 (由休和g来确定表面方向,可以利用下面西个约束 心亮度 ◇表面平滑度
6 10.1.3 表面方向的计算 ❖反射图体现光照约束 把从所有可能位置观察到的亮度都相同的表面定义 为朗伯表面(Lambertian Surface)，它的亮度只由光源的方 向决定。这一关系遵循下列公式： E=ρcosi ❖表面方向的确定 由f和g来确定表面方向 ，可以利用下面两个约束： ❖ 亮度 ❖ 表面平滑度 10.1 图象的理解与分析
10.1图象的理解与分析 令松弛算法 规定一个长度为2的垂直于边界的矢量。称输入阵列 (1)对所有非边界点,令0和g-0。对所有边界点,令f 当前阵列。 2)进行下列步骤(直到所有的值变化得足够慢为止): (a)对当前阵列中的每个点 如果是个边界点,则不做任何事; 1)如果是个非边界点,那么用松弛公式计算新的和g 值 (b)把所得新阵列称为当前阵列
7 ❖松弛算法 (1)对所有非边界点，令f=0和g=0。对所有边界点，令f和g 规定一个长度为2的垂直于边界的矢量。称输入阵列为 当前阵列。 (2)进行下列步骤(直到所有的值变化得足够慢为止)： (a)对当前阵列中的每个点： i)如果是个边界点，则不做任何事； ii)如果是个非边界点，那么用松弛公式计算新的f和g 值。 (b)把所得新阵列称为当前阵列。 10.1 图象的理解与分析
10.2积木世界的景物分析 1021积木世界景物的线条标示方法 令积木世界视觉研究的主要目标是理解从一堆玩具积木 的图象得到对于景物的描述。 空研完积木世界景物时,输入的图象可以是积木景物 的照片、电视摄影图象或是线条图 令积木世界景物分析的研究对象比较狭窄,并且有意 地进行了简化。 8
8 10.2 积木世界的景物分析 10.2.1 积木世界景物的线条标示方法 ❖积木世界视觉研究的主要目标是理解从一堆玩具积木 的图象得到对于景物的描述。 ❖ 研究积木世界景物时，输入的图象可以是积木景物 的照片、电视摄影图象或是线条图。 ❖ 积木世界景物分析的研究对象比较狭窄，并且有意 地进行了简化
102积木世界的景物分析 10.2.2无断裂和阴影时三面顶点的标示方法 空线条和接点的分类 边界线 所有线条 凸面线 内边线 凹面线 令标志三面接点的方法 任何三面顶点的3个面规定了3个相交的平面 把空间分成8个间隔,接点标志所说明物体始何占 有八分体
9 10.2.2 无断裂和阴影时三面顶点的标示方法 ❖线条和接点的分类 ❖标志三面接点的方法 任何三面顶点的3个面规定了3个相交的平面, 把空间分成8个间隔，接点标志所说明物体如何占 有八分体。 所有线条 边界线 内边线 凹面线 凸面线 10.2 积木世界的景物分析
102积木世界的景物分析 ■10.2.3有断裂和阴影时线条图的分析 两种对线条解释进一步分类的方法 (1)对凹面标志进一步分类并引入断裂线标 (2)用光照条件增加标志数量和严格约束 令线条标志除了表示丢于边缘类型的基本信息 以外,还可以表示关于照明状态的知识。 10
10 10.2.3 有断裂和阴影时线条图的分析 ❖两种对线条解释进一步分类的方法： (1)对凹面标志进一步分类并引入断裂线标； (2)用光照条件增加标志数量和严格约束 ❖线条标志除了表示关于边缘类型的基本信息 以外，还可以表示关于照明状态的知识。 10.2 积木世界的景物分析