机器视觉研究与发展PDF电子书下载

第1章 引论 1

1.1机器视觉的发展及系统构成 1

1.1.1机器视觉的发展 1

1.1.2机器视觉系统构成 2

1.2 Marr的视觉理论框架 5

1.2.1视觉系统研究的三个层次 5

1.2.2视觉信息处理的三个阶段 6

1.3机器视觉的应用领域及面临问题 8

1.3.1机器视觉的应用领域 9

1.3.2机器视觉面临的问题 9

参考文献 11

第2章 空间几何变换与摄像机模型 12

2.1空间几何变换 12

2.1.1齐次坐标 12

2.1.2射影变换 13

2.1.3仿射变换 14

2.1.4比例变换 15

2.1.5欧氏变换 16

2.2几何变换的不变量 16

2.2.1简比与交比 17

2.2.2不变量 17

2.3欧氏空间的刚体变换 20

2.3.1刚体变换过程 20

2.3.2旋转矩阵的表示形式 21

2.4摄像机透视投影模型 23

2.4.1图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系 23

2.4.2针孔成像模型 25

2.4.3非线性模型 26

2.5摄像机透视投影近似模型 27

2.5.1正投影 27

2.5.2弱透视 28

2.5.3平行透视 29

2.5.4仿射摄像机 31

参考文献 32

第3章 视觉图像特征信息提取 33

3.1图像边缘与图像平滑 33

3.1.1图像边缘 33

3.1.2图像平滑滤波 35

3.2一阶微分边缘检测算子 37

3.2.1梯度 37

3.2.2边缘算子 38

3.3二阶微分边缘检测算子 42

3.3.1拉普拉斯算子 42

3.3.2 LoG算子 44

3.4子像素级边缘检测 46

3.4.1 Hessian矩阵法 47

3.4.2曲面拟合法 50

3.5角点探测器 51

3.5.1 K-R法 51

3.5.2图像灰度法 52

3.5.3简单算法 54

3.6形状特征分析 55

3.6.1矩形度 55

3.6.2球状性 55

3.6.3圆形性 55

3.6.4中心矩 56

3.6.5长轴 57

3.7椭圆孔图像中心的提取 58

3.7.1重心法 58

3.7.2椭圆拟合法 59

3.8给定形状曲线的检测——Hough变换 60

3.8.1简单形状曲线的检测 60

3.8.2复杂形状曲线的检测 63

参考文献 64

第4章 摄像机标定与双目立体视觉 66

4.1非线性优化方法 66

4.1.1非线性优化目标函数 67

4.1.2最小二乘法 67

4.1.3 Levenberg-Marquardt算法 71

4.1.4罚函数法 73

4.2基于三维立体靶标的摄像机标定 73

4.2.1线性模型摄像机标定 73

4.2.2非线性模型摄像机标定 77

4.3双目立体视觉原理 77

4.3.1双目立体视觉三维测量原理 78

4.3.2双目立体视觉数学模型 79

4.4双目立体视觉中的对应点匹配 82

4.4.1图像匹配的常用方法 82

4.4.2已知极线几何的对应点匹配方法 84

4.4.3未知极线几何的对应点匹配方法 85

参考文献 90

第5章 视觉计算与融合理论 92

5.1引言 92

5.2融合处理中需要考虑的问题 92

5.3融合方法概论 94

5.3.1信号级融合方法 94

5.3.2像素级融合方法 96

5.3.3特征级融合方法 104

5.3.4决策级融合方法 105

5.4模式识别与信息融合 107

5.4.1视觉信息融合 107

5.4.2视觉与触觉融合 108

5.4.3视觉与红外信息融合 109

5.4.4自动目标识别 109

5.4.5移动机器人的感知信息融合 110

参考文献 111

第6章 基于图像融合的变形轮廓线 114

6.1引言 114

6.2变形轮廓线概述 114

6.2.1主动轮廓线 114

6.2.2动态轮廓线 115

6.3 B样条动态轮廓线 116

6.4基于图像融合和微分耦合机制的动态轮廓线 124

6.4.1基于Lagrangian动力学原理的微分耦合动态轮廓线 124

6.4.2微分耦合机制的局限性 127

6.4.3基于图像融合和微分耦合的动态轮廓线 128

6.4.4实验结果 129

6.5基于图像融合和B样条曲线范数极小化的动态轮廓线 131

6.5.1 B样条形状空间 132

6.5.2自适应卡尔曼滤波 132

6.5.3基于B样条曲线范数极小化的图像融合 133

6.5.4实验结果 134

6.6基于图像融合的运动目标轮廓提取 136

6.6.1运动目标分割 137

6.6.2特征级融合 139

6.6.3实验结果 140

6.7基于图像融合的多分辨率动态轮廓线 140

6.7.1多分辨率图像像素级融合 141

6.7.2基于多分辨率对比度分解的图像融合 143

6.7.3基于图像融合的多分辨率动态轮廓线 145

6.7.4动态轮廓线与目标运动速度的关系 147

6.7.5实验结果 149

6.8基于图像融合和形状约束机制的主动轮廓线 153

6.8.1基于能量极小化原理的参数型主动轮廓线 153

6.8.2形状约束主动轮廓线及其局限性 153

6.8.3基于图像融合和形状约束的主动轮廓线 154

6.8.4实验结果 155

参考文献 156

第7章 基于变形轮廓线的微小物体表面积周长精密测量 159

7.1引言 159

7.2二维图像测量机研究现状 159

7.3二维图像测量机 160

7.3.1总体结构与原理 160

7.3.2图像式自动调焦瞄准系统 161

7.3.3调焦评价函数的确定 162

7.3.4二维图像测量机的工作方式 163

7.4基于动态轮廓线的物体表面积周长测量 164

7.4.1图像目标的像素面积计算概述 164

7.4.2基于动态轮廓线的物体表面积计算方法 166

7.4.3基于动态轮廓线的物体周长计算方法 167

7.5像素尺寸当量的标定 167

7.5.1概述 167

7.5.2形心自标定技术 168

7.6基于多分辨率动态轮廓线的物体表面积周长测量 169

7.6.1多分辨率动态轮廓线 169

7.6.2实验结果 171

7.7基于短程线主动轮廓线的多物体面积周长并行测量 173

7.7.1短程线主动轮廓线概述 173

7.7.2基于短程线主动轮廓线的像素面积及周长的计算方法 175

7.7.3实验结果 176

参考文献 179

第8章 运动模糊图像恢复及其在运动物体速度测量中的应用 181

8.1运动模糊图像恢复综述 181

8.2应用区域划分法进行空间可变运动模糊图像恢复研究 183

8.2.1奇偶场图像提取及运动偏移量的计算 184

8.2.2区域空间不变运动模糊图像恢复 185

8.2.3实验结果 186

8.3采用运动模糊图像信息进行物体速度精密测量 188

8.3.1基于运动模糊的物体旋转速度测量 188

8.3.2基于车载摄像机采集运动模糊图像的车辆平移速度测量 190

8.3.3基于公路两侧安装摄像机采集运动模糊图像的车辆平移速度测量 192

8.3.4考虑车辆运动模糊与摄像机离焦模糊耦合时的车辆速度测量 195

8.3.5采集单幅隔行扫描CCD图像进行车辆速度测量 198

8.4运动模糊图像的模糊参数识别 199

8.4.1不带噪声的运动模糊图像参数辨识 200

8.4.2带高斯噪声的运动模糊图像参数辨识 202

8.4.3仿真实验 203

8.4.4运动与离焦模糊耦合图像模糊参数识别 206

参考文献 209

第9章 农业工程应用范例——农作物杂草分类识别 212

9.1研究意义 212

9.2杂草识别概述 213

9.3利用杂草位置信息进行识别 215

9.4利用杂草颜色特征进行识别 216

9.5利用杂草形状特征进行识别 219

9.6利用杂草纹理特征进行识别 220

9.7利用杂草光谱特征进行识别 222

9.8利用杂草多特征融合进行识别 223

9.9利用杂草模糊信息进行识别 224

9.10小结 227

参考文献 228

第10章 光笔式三维坐标视觉测量系统及其应用 234

10.1系统建模 234

10.1.1系统坐标系的建立 234

10.1.2共线三点透视问题的求解 235

10.1.3被测点三维坐标的求解 236

10.1.4系统模型的唯一性证明 236

10.1.5实验 238

10.2光笔式坐标测量系统中控制点光斑图像的识别 239

10.2.1光笔上发光二极管的成像特点 239

10.2.2发光二极管椭圆形光斑图像的识别 240

10.3光笔式坐标测量系统中控制点光斑图像中心的并行定位算法 242

10.4采用光笔式坐标测量系统进行曲面物体边界周长的精密测量 245

10.5采用光笔式坐标测量系统进行曲面物体表面积的精密测量 247

10.5.1 B样条变形曲面 248

10.5.2面积计算 249

参考文献 250

第11章 电子稳像 251

11.1研究背景及意义 251

11.1.1稳像系统的分类 251

11.1.2电子稳像的研究意义 252

11.2电子稳像的发展概况 252

11.2.1电子稳像的研究现状 252

11.2.2电子稳像的基本原理 253

11.2.3稳像算法的主要研究技术 254

11.3电子稳像系统中运动估计和补偿算法研究 254

11.3.1引言 254

11.3.2块匹配运动估计算法简介 255

11.3.3位平面运动估计算法简介 263

11.3.4全局运动估计 266

11.3.5运动补偿算法简介 269

11.4稳像算法评价准则 270

参考文献 271

第12章 激光雷达三维成像 274

12.1激光雷达简介 274

12.2激光雷达成像研究现状 277

12.3激光雷达探测原理 278

12.3.1直接探测原理 278

12.3.2相干探测原理 280

12.4激光回波信号的统计检测 281

12.4.1激光回波的统计特性 281

12.4.2虚警概率 282

12.4.3探测概率 283

12.5激光雷达距离方程 284

12.5.1激光雷达距离方程的一般形式 285

12.5.2激光雷达距离方程的特殊形式 285

12.6高速三维成像激光雷达系统方案 288

12.6.1系统组成 288

12.6.2总体结构 289

参考文献 290