Машинное зрение. Основы и алгоритмы с примерами на Matlab
Год издания: 2023
Автор: Корк П.
Переводчик: Яценков В. C.
Издательство: ДМК Пресс
ISBN: 978-5-93700-222-8
Язык: Русский
Формат: PDF
Качество: Издательский макет или текст (eBook)
Интерактивное оглавление: Да
Количество страниц: 586
Описание: В этой книге теоретические основы компьютерного зрения подкреплены многочисленными примерами с использованием специализированного пакета инструментов для MATLAB. Читатель ознакомится с ключевыми понятиями зрения роботов, такими как моделирование камеры, обработка изображений, выделение признаков и многоракурсная геометрия, и узнает, как решать сложные задачи из этой области при помощи мощных численных инструментов и эффективного программного обеспечения.
Издание адресовано исследователям в области робототехники, инженерам и студентам. Предполагается, что читатель владеет навыками работы с MATLAB, а также знаниями в области геометрии и векторной алгебры.
Оглавление
Вступительное слово редакторов...................................................................... 11
Вступительное слово ко второму изданию...................................................... 12
Предисловие............................................................................................................. 14
Примечание ко второму изданию....................................................................... 21
Специальные обозначения.................................................................................... 23
1 Введение............................................................................................................... 29
1.1 О книге......................................................................................................... 42
1.1.1 Программное обеспечение MATLAB и наборы
инструментов................................................................................................. 43
1.1.2 Условные обозначения, соглашения и структура книги.......................... 45
1.1.3 Целевая аудитория......................................................................... 46
1.1.4 Обучение с помощью книги.............................................................. 47
1.1.5 Преподавание с помощью книги...................................................... 48
1.1.6 Структура книги............................................................................. 49
Дополнительное чтение........................................................................... 50
Часть I Основы............................................................................................ 51
2 Представление позиции и ориентации.................................................. 53
2.1 Работа в двух измерениях (2D)............................................................... 60
2.1.1 Ориентация в двух измерениях.................................................. 61
2.1.2 Положение в двух измерениях.................................................... 66
2.2 Работа в трех измерениях (3D)............................................................... 73
2.2.1 Ориентация в трех измерениях.................................................. 74
2.2.2 Положение в трех измерениях.................................................... 94
2.3 Дополнительные темы............................................................................100
2.3.1 Нормализация................................................................................100
2.3.2 Понятие экспоненциального отображения.......................................101
2.3.3 Подробнее о кручениях................................................................103
2.3.4 Производная положения.............................................................107
2.3.5 Преобразование пространственных скоростей...................................109
2.3.6 Вращение, задаваемое в приращениях..............................................111
2.3.7 Движение твердого тела, задаваемое в приращениях...........................113
2.4 Использование Toolbox...........................................................................114
2.5 Подведение итогов...................................................................................117
Дополнительное чтение..........................................................................120
Упражнения................................................................................................121
Часть II Компьютерное зрение............................................................123
3 Свет и цвет........................................................................................125
3.1 Спектральное представление света.....................................................125
3.1.1 Поглощение....................................................................................129
3.1.2 Отражение.......................................................................................130
3.1.3 Яркость.............................................................................................131
3.2 Цвет.................................................................................................132
3.2.1 Человеческий глаз.........................................................................133
3.2.2 Измерение цвета...........................................................................136
3.2.3 Воспроизведение цветов.............................................................138
3.2.4 Цветовое пространство................................................................142
3.2.5 Названия цветов............................................................................147
3.2.6 Другие цветовые и хроматические пространства................................148
3.2.7 Преобразование между различными основными цветами..................152
3.2.8 Что такое белый цвет?..................................................................155
3.3 Дополнительные темы............................................................................155
3.3.1 Цветовая температура..................................................................156
3.3.2 Постоянство цвета.........................................................................157
3.3.3 Баланс белого.................................................................................157
3.3.4 Изменение цвета из-за поглощения.................................................159
3.3.5 Двухцветное отражение...............................................................160
3.3.6 Гамма................................................................................................162
3.4 Применение: цветное изображение....................................................164
3.4.1 Сравнение цветовых пространств [examples/colorspaces].......................164
3.4.2 Удаление теней [examples/shadow]......................................................166
3.5 Подведение итогов...................................................................................168
Дополнительное чтение..........................................................................169
Источники данных...................................................................................171
Упражнения................................................................................................172
4 Изображения и их обработка....................................................................174
4.1 Получение изображения.........................................................................175
4.1.1 Изображения из файлов..............................................................175
4.1.2 Изображения с подключенной камеры..........................................181
4.1.3 Изображения из видеофайла......................................................185
4.1.4 Изображения из интернета.........................................................186
4.1.5 Изображения с карт......................................................................187
4.1.6 Изображения из кода....................................................................188
4.2 Гистограммы изображений....................................................................190
4.3 Монадические операции........................................................................192
4.4 Диадические операции...........................................................................195
4.5 Пространственные операции................................................................200
4.5.1 Линейная пространственная фильтрация..........................................201
4.5.2 Сравнение с шаблоном................................................................216
4.5.3 Нелинейные операции.................................................................223
4.6 Математическая морфология................................................................225
4.6.1 Удаление шума...............................................................................229
4.6.2 Обнаружение границы.................................................................231
4.6.3 Преобразование «попадание или промах»..........................................232
4.6.4 Преобразование расстояния [examples/chamfer_match.m]......................233
4.7 Изменение формы....................................................................................235
4.7.1 Обрезка............................................................................................235
4.7.2 Изменение размера изображения.............................................236
4.7.3 Пирамиды изображений.............................................................238
4.7.4 Деформация изображения..........................................................239
4.8 Подведение итогов...................................................................................243
Дополнительное чтение..........................................................................245
Источники изображений........................................................................246
Примечания к MATLAB............................................................................247
Программные инструменты общего назначения............................................247
Упражнения................................................................................................248
5 Извлечение признаков изображения.....................................................251
5.1 Получение признаков из области.........................................................252
5.1.1 Классификация..............................................................................254
5.1.2 Оформление...................................................................................266
5.1.3 Описание.........................................................................................270
5.1.4 Промежуточный итог...................................................................285
5.2 Признаки, извлекаемые из линий........................................................287
5.2.1 Промежуточный итог...................................................................293
5.3 Признаки, извлекаемые из точек.........................................................294
5.3.1 Классические детекторы углов..................................................294
5.3.2 Угловые детекторы в масштабируемом пространстве............................301
5.4 Подведение итогов...................................................................................308
Примечания к MATLAB............................................................................309
Дополнительное чтение..........................................................................310
Упражнения................................................................................................314
Часть III Геометрия зрения......................................................................317
6 Формирование изображения.....................................................................319
6.1 Перспективная камера............................................................................320
6.1.1 Перспективная проекция............................................................320
6.1.2 Моделирование перспективной камеры.................................324
6.1.3 Дискретная плоскость изображения........................................326
6.1.4 Матрица камеры............................................................................328
6.1.5 Точки проекции.............................................................................331
6.1.6 Дисторсия объектива....................................................................334
6.2 Калибровка камеры..................................................................................336
6.2.1 Метод гомогенного преобразования........................................337
6.2.2 Разложение калибровочной матрицы камеры......................340
6.2.3 Вычисление положения...............................................................341
6.2.4 Инструменты для калибровки камеры....................................343
6.3 Изображения с широким полем зрения.............................................345
6.3.1 Камера с объективом «рыбий глаз»..........................................346
6.3.2 Катадиоптрическая камера........................................................349
6.3.3 Сферическая камера.....................................................................352
6.4 Унифицированная модель формирования изображений..............354
6.4.1 Сопоставление широкоугольных изображений
со сферой.........................................................................................356
6.4.2 Преобразование сферического изображения
в перспективное............................................................................358
6.5 Новые типы камер....................................................................................360
6.5.1 Многокамерные массивы............................................................360
6.5.2 Камеры светового поля................................................................361
6.6 Дополнительные темы............................................................................364
6.6.1 Проецирование произвольных линий в трехмерном
пространстве..................................................................................364
6.6.2 Неперспективные камеры..........................................................366
6.6.3 Камера и движение изображения.............................................368
6.7 Подведение итогов...................................................................................375
Дополнительное чтение и ресурсы......................................................377
Примечания к инструментам................................................................379
Упражнения................................................................................................380
7 Использование нескольких изображений...........................................382
7.1 Cовмещение признаков..........................................................................384
7.2 Геометрия нескольких ракурсов...........................................................390
7.2.1 Фундаментальная матрица.........................................................393
7.2.2 Существенная матрица................................................................396
7.2.3 Вычисление фундаментальной матрицы по данным реального
изображения..........................................................................................398
7.2.4 Планарная гомография................................................................404
7.3 Стереозрение................................................................................411
7.3.1 Разреженное стереозрение.........................................................411
7.3.2 Плотное стереосопоставление...................................................416
7.3.3 Уточнение пика..............................................................................426
7.3.4 Очистка и реконструкция............................................................427
7.3.5 Отображение 3D-текстуры..........................................................432
7.3.6 Анаглифы........................................................................................433
7.3.7 Исправление изображения.........................................................435
7.4 Пакетная подстройка...............................................................................437
7.5 Облака точек..............................................................................................447
7.5.1 Поиск плоскости............................................................................447
7.5.2 Сопоставление двух наборов точек....................................................449
7.6 Структурированный свет........................................................................453
7.7 Приложения...............................................................................................455
7.7.1 Коррекция перспективы..............................................................455
7.7.2 Мозаика [examples/mosaic]..........................................................459
7.7.3 Сопоставление и поиск изображений [examples/retrieval].......................463
7.7.4 Визуальная одометрия [examples/vodemo].............................................471
7.8 Подведение итогов...................................................................................476
Примечания к MATLAB и Toolbox...................................................................477
Дополнительное чтение..........................................................................478
Дополнительные ресурсы.......................................................................484
Упражнения................................................................................................486
Приложения........................................................................................................493
A Установка наборов инструментов............................................................495
B Линейная алгебра: краткое повторение........................................................499
B.1 Векторы.......................................................................................................499
B.2 Матрицы.....................................................................................................501
С Геометрия............................................................................................................509
C.1 Евклидова геометрия...............................................................................509
C.2 Однородные координаты.......................................................................522
C.3 Геометрические преобразования.........................................................526
D Группы и алгебра Ли.......................................................................................530
E Линеаризация, якобианы и гессианы.....................................................537
F Решение систем уравнений.........................................................................543
F.1 Линейные задачи......................................................................................543
F.2 Нелинейные задачи.................................................................................545
G Графы.....................................................................................................................555
H Определение пика...........................................................................................559
Литература...........................................................................................................564
Предметный указатель.......................................................................................579
