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1、计算机视觉的任务及目前研究计算机视觉的任务及目前研究的现状的现状（一点个人观点和感受一点个人观点和感受）胡占义胡占义中国科学院自动化研究所中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室模式识别国家重点实验室人类视觉的目的人类视觉的目的J J Gibson J J Gibson 理论理论 1:1:适应外界环境适应外界环境2 2：控制自身的运动：控制自身的运动D Marr:D Marr:重构可见表面的几何形状重构可见表面的几何形状形状形状位置位置运动运动 整体感知整体感知：不可计算不可计算可可计算计算计算机视觉的任务计算机视觉的任务l中心任务就是对图象进行理解中心任务就是对图象进行理解对单幅图象的理
2、解对单幅图象的理解对多幅图象的理解对多幅图象的理解对视频图象的理解对视频图象的理解21世纪，是对video图象进行理解的世纪理解什么？理解什么？形状，位置、运动形状，位置、运动人类视觉人类视觉计算机视觉计算机视觉认认知知和和感感知知理理论论或或模模型型只只有有可可计计算算才才能能对对计计算算机机视视觉觉研研究究有有推推动动作作用用历史与现状历史与现状计算机视觉计算机视觉20多年来的二大事件多年来的二大事件主主动动视视觉觉，目目的的视视觉觉Marr计算视觉理论计算视觉理论（80年代）年代）使计算机视觉成为一门独立科学使计算机视觉成为一门独立科学摄象机自标定和分层重建（摄象机自标定和分层重建（90
3、年代）年代）使计算机视觉走出了低谷使计算机视觉走出了低谷MarrMarr计算计算视觉理论视觉理论MarrMarr计算视觉理论有二个核心论点：计算视觉理论有二个核心论点：1 1：人类视觉的主体是：人类视觉的主体是重构可见表面重构可见表面的几何的几何形状；形状；2 2：人类视觉的重构过程是可以通过：人类视觉的重构过程是可以通过计算的计算的方式方式完成的。完成的。Random-dot stereograms Bela Julesz in 1960病理学证据病理学证据MarrMarr计算计算视觉理论视觉理论三个三个层次层次计算理论计算理论表达与算法表达与算法算法实现算法实现三三个步骤个步骤Primit
4、ives2.5 D 3D 算法的三个步骤算法的三个步骤图像图像Zero-crossingRaw primal sketchFull primal sketch立体视觉立体视觉运动分析运动分析轮廓分析轮廓分析光照分析光照分析表达表达3 3D D物体物体识别识别物体物体种类种类形状形状位置位置的描的描述述人类立体视觉模块人类立体视觉模块l尽管人们对尽管人们对MarrMarr计算视觉理论提出了这计算视觉理论提出了这样那样的质疑和批评，但样那样的质疑和批评，但MarrMarr计算视觉计算视觉仍然是计算机视觉的主流理论。仍然是计算机视觉的主流理论。l也许也许MarrMarr的的“视觉主体为对可见表面的视
5、觉主体为对可见表面的重构重构”假设是错误的，但人类的立体视假设是错误的，但人类的立体视觉通道是最主要的通道之一。觉通道是最主要的通道之一。人类视觉通道人类视觉通道计算机视觉的发展历程计算机视觉的发展历程1982198819932004工业应用，工业应用，精度要求高精度要求高精度要求不精度要求不高的应用高的应用？9292年以来最大的理论成果年以来最大的理论成果分层重构理论分层重构理论图图象象图象图象射影空间射影空间仿射空间仿射空间欧氏空间欧氏空间欧氏空间欧氏空间认知心理学实验支持分层重构认知心理学实验支持分层重构理论理论优先级别优先级别拓拓扑扑空空间间射射影影空空间间仿仿射射空空间间欧欧氏氏空空
6、间间不同空间下重建的定义不同空间下重建的定义如果则则当A为射影变换矩阵射影变换矩阵时，称此时的重建为射影重建射影重建当A为仿射变换矩阵仿射变换矩阵时，称此时的重建为仿射重建仿射重建当A为刚体变换矩阵刚体变换矩阵时，称此时的重建为欧氏重建欧氏重建PEXEX,PUPE，XE 欧氏空间欧氏空间欧氏变换欧氏变换欧氏重建欧氏重建射影变换射影变换射影重建射影重建仿射变换仿射变换仿射重建仿射重建计算机视觉的几个核心问题计算机视觉的几个核心问题 单单幅幅图象图象分割问题分割问题多幅多幅图象图象三维重构问题三维重构问题运动分割与跟踪运动分割与跟踪 与心理学、神经解剖学、生物物理学与心理学、神经解剖学、生物物理学
7、结合，解决计算机视觉的核心问题结合，解决计算机视觉的核心问题 可计可计算性算性三维重构三维重构运动分析运动分析运动分割运动分割物体跟踪物体跟踪对应问题对应问题重构理论重构理论值得研究的主要方向值得研究的主要方向当前的研究热点当前的研究热点视视觉觉监监视视运动问题运动问题重构重构问题问题最终目标最终目标General vision system计算机视觉的主要机构，代表人物计算机视觉的主要机构，代表人物O.Faugeras,B.Triggs:INRIA1.A.Zisserman,Oxford U.2.L.Van Gool,M.Poleffeys:Leuven U.3.R.Hartley,Aust
8、ralia4.Y.Ma,Illinois U.分割不是一个分割不是一个well-posed 问题问题 我们能从图象中分割出一个红把手的白我们能从图象中分割出一个红把手的白茶杯吗？茶杯吗？基于内容的图象检索不是一个基于内容的图象检索不是一个well-posed well-posed 问题问题形状的相似性形状的相似性图象图象内容内容在在射影空间如何度量射影空间如何度量形状的相似性？形状的相似性？重构重构问题的三个主要步骤问题的三个主要步骤Correspondence,Camera Calibration,Motion decomposition鲁棒性问题鲁棒性问题 计算机视觉的根本问题是一个鲁棒性问计算机视觉的根本问题是一个鲁棒性问题，如果不考虑鲁棒性问题的话，计算题，如果不考虑鲁棒性问题的话，计算机视觉几乎所有问题都解决了机视觉几乎所有问题都解决了R.R.Harallick Harallick 前前IEEE Trans.PAMI IEEE Trans.PAMI 主编，主编，IAPR IAPR 主席主席Questions!