Машинное зрение: Основы и алгоритмы с примерами на Matlab

Вступительное слово редакторов....13

Вступительное слово ко второму изданию....14

Предисловие....16

Примечание ко второму изданию....23

Специальные обозначения....25

Глава 1. Введение....31

1.1 О книге....44

1.1.1 Программное обеспечение MATLAB и наборы инструментов....45

1.1.2 Условные обозначения, соглашения и структура книги....47

1.1.3 Целевая аудитория....48

1.1.4 Обучение с по­мощью книги....49

1.1.5 Преподавание с по­мощью книги....50

1.1.6 Структура книги....51

Дополнительное чтение....52

Часть I. Основы....53

Глава 2. Представление позиции и ориентации....55

2.1 Работа в двух измерениях (2D)....62

2.1.1 Ориентация в двух измерениях....63

2.1.2 Положение в двух измерениях....68

2.2 Работа в трех измерениях (3D)....75

2.2.1 Ориентация в трех измерениях....76

2.2.2 Положение в трех измерениях....96

2.3 Дополнительные темы....102

2.3.1 Нормализация....102

2.3.2 Понятие экспоненциального отображения....103

2.3.3 Подробнее о кручениях....105

2.3.4 Производная положения....109

2.3.5 Преобразование пространственных скоростей....111

2.3.6 Вращение, задаваемое в приращениях....113

2.3.7 Движение твердого тела, задаваемое в приращениях....115

2.4 Использование Toolbox....116

2.5 Подведение итогов....119

Дополнительное чтение....122

Упражнения....123

Часть II. Компьютерное зрение....125

Глава 3. Свет и цвет....127

3.1 Спектральное представление света....127

3.1.1 Поглощение....131

3.1.2 Отражение....132

3.1.3 Яркость....133

3.2 Цвет....134

3.2.1 Человеческий глаз....135

3.2.2 Измерение цвета....138

3.2.3 Воспроизведение цветов....140

3.2.4 Цветовое пространство....144

3.2.5 Названия цветов....149

3.2.6 Другие цветовые и хроматические пространства....150

3.2.7 Преобразование между различными основными цветами....154

3.2.8 Что такое белый цвет?....157

3.3 Дополнительные темы....157

3.3.1 Цветовая температура....158

3.3.2 Постоянство цвета....159

3.3.3 Баланс белого....159

3.3.4 Изменение цвета из-за поглощения....161

3.3.5 Двухцветное отражение....162

3.3.6 Гамма....164

3.4 Применение: цветное изображение....166

3.4.1 Сравнение цветовых пространств [examples/colorspaces]....166

3.4.2 Удаление теней [examples/shadow]....168

3.5 Подведение итогов....170

Дополнительное чтение....171

Источники данных....173

Упражнения....174

Глава 4. Изображения и их обработка....176

4.1 Получение изображения....177

4.1.1 Изображения из файлов....177

4.1.2 Изображения с подключенной камеры....183

4.1.3 Изображения из видеофайла....187

4.1.4 Изображения из интернета....188

4.1.5 Изображения с карт....189

4.1.6 Изображения из кода....190

4.2 Гистограммы изображений....192

4.3 Монадические операции....194

4.4 Диадические операции....197

4.5 Пространственные операции....202

4.5.1 Линейная пространственная фильтрация....203

4.5.2 Сравнение с шаблоном....218

4.5.3 Нелинейные операции....225

4.6 Математическая морфология....227

4.6.1 Удаление шума....231

4.6.2 Обнаружение границы....233

4.6.3 Преобразование «попадание или промах»....234

4.6.4 Преобразование расстояния [examples/chamfer_match.m]....235

4.7 Изменение формы....237

4.7.1 Обрезка....237

4.7.2 Изменение размера изображения....238

4.7.3 Пирамиды изображений....240

4.7.4 Деформация изображения....241

4.8 Подведение итогов....245

Дополнительное чтение....247

Источники изображений....248

Примечания к MATLAB....249

Программные инструменты общего назначения....249

Упражнения....250

Глава 5. Извлечение признаков изображения....253

5.1 Получение признаков из области....254

5.1.1 Классификация....256

5.1.2 Оформление....268

5.1.3 Описание....272

5.1.4 Промежуточный итог....287

5.2 Признаки, извлекаемые из линий....289

5.2.1 Промежуточный итог....295

5.3 Признаки, извлекаемые из точек....296

5.3.1 Классические детекторы углов....296

5.3.2 Угловые детекторы в масштабируемом пространстве....303

5.4 Подведение итогов....310

Примечания к MATLAB....311

Дополнительное чтение....312

Упражнения....316

Часть III. Геометрия зрения....319

Глава 6. Формирование изображения....321

6.1 Перспективная камера....322

6.1.1 Перспективная проекция....322

6.1.2 Моделирование перспективной камеры....326

6.1.3 Дискретная плоскость изображения....328

6.1.4 Матрица камеры....330

6.1.5 Точки проекции....333

6.1.6 Дисторсия объектива....336

6.2 Калибровка камеры....338

6.2.1 Метод гомогенного преобразования....339

6.2.2 Разложение калибровочной матрицы камеры....342

6.2.3 Вычисление положения....343

6.2.4 Инструменты для калибровки камеры....345

6.3 Изображения с широким полем зрения....347

6.3.1 Камера с объективом «рыбий глаз»....348

6.3.2 Катадиоптрическая камера....351

6.3.3 Сферическая камера....354

6.4 Унифицированная модель формирования изображений....356

6.4.1 Сопоставление широкоугольных изображений со сферой....358

6.4.2 Преобразование сферического изображения в перспективное....360

6.5 Новые типы камер....362

6.5.1 Многокамерные массивы....362

6.5.2 Камеры светового поля....363

6.6 Дополнительные темы....366

6.6.1 Проецирование произвольных линий в трехмерном пространстве....366

6.6.2 Неперспективные камеры....368

6.6.3 Камера и движение изображения....370

6.7 Подведение итогов....377

Дополнительное чтение и ресурсы....379

Примечания к инструментам....381

Упражнения....382

Глава 7. Использование нескольких изображений....384

7.1 Cовмещение признаков....386

7.2 Геометрия нескольких ракурсов....392

7.2.1 Фундаментальная матрица....395

7.2.2 Существенная матрица....398

7.2.3 Вычисление фундаментальной матрицы по данным реального изображения....400

7.2.4 Планарная гомография....406

7.3 Стереозрение....413

7.3.1 Разреженное стереозрение....413

7.3.2 Плотное стереосопоставление....418

7.3.3 Уточнение пика....428

7.3.4 Очистка и реконструкция....429

7.3.5 Отображение 3D-текстуры....434

7.3.6 Анаглифы....435

7.3.7 Исправление изображения....437

7.4 Пакетная подстройка....439

7.5 Облака точек....449

7.5.1 Поиск плоскости....449

7.5.2 Сопоставление двух наборов точек....451

7.6 Структурированный свет....455

7.7 Приложения....457

7.7.1 Коррекция перспективы....457

7.7.2 Мозаика [examples/mosaic]....461

7.7.3 Сопоставление и поиск изображений [examples/retrieval]....465

7.7.4 Визуальная одометрия [examples/vodemo]....473

7.8 Подведение итогов....478

Примечания к MATLAB и Toolbox....479

Дополнительное чтение....480

Дополнительные ресурсы....486

Упражнения....488

Приложения....495

Приложение A. Установка наборов инструментов....497

Приложение B. Линейная алгебра: краткое повторение....501

B.1 Векторы....501

B.2 Матрицы....503

Приложение С. Геометрия....511

C.1 Евклидова геометрия....511

C.2 Однородные координаты....524

C.3 Геометрические преобразования....528

Приложение D. Группы и алгебра Ли....532

Приложение E. Линеаризация, якобианы и гессианы....539

Приложение F. Решение систем уравнений....545

F.1 Линейные задачи....545

F.2 Нелинейные задачи....547

Приложение G. Графы....557

Приложение H. Определение пика....561

Литература....566

Предметный указатель....581

Книга представляет собой введение в классическое компьютерное зрение. Автор показывает, как можно разложить на части и решить сложные задачи в этой сфере с помощью всего нескольких простых строк кода.

Machine Vision Toolbox for MATLAB – открытое программное обеспечение, которое позволяет читателю легко применять алгоритмические концепции на практике и работать с нетривиальными задачами. Раскрываются теоретические основы алгоритмов, а многочисленные примеры кода иллюстрируют его использование.

В числе рассматриваемых тем:

• основы света и цвета;
• моделирование камер;
• обработка изображений;
• извлечение признаков и многоракурсной геометрии;
• камеры без перспективы;
• камеры светового поля;
• калибровка, стереозрение и формирование стереопар.

Книга предназначена для технических специалистов, интересующихся проектами в области робототехники и технического зрения, а также будет полезна студентам и аспирантам.