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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