定 價(jià):136 元
叢書名:智能制造與機(jī)器人理論及技術(shù)研究叢書
- 作者:田建東 著
- 出版時(shí)間:2020/9/1
- ISBN:9787568061315
- 出 版 社:華中科技大學(xué)出版社
- 中圖法分類:TP242.6
- 頁碼:270
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
本書主要依托國家自然科學(xué)基金“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計(jì)劃:面向室外復(fù)雜光照與氣象條件的共融機(jī)器人多模感知系統(tǒng)(項(xiàng)目編號(hào):91648118)的研究成果,結(jié)合作者多年的科研及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),針對(duì)復(fù)雜的光照環(huán)境與氣象條件明顯降低機(jī)器人視覺魯棒性的問題,主要從大氣物理與光學(xué)成像的新角度出發(fā)去詳細(xì)系統(tǒng)地論述復(fù)雜光照(如陰影,反光)與惡劣天氣(如雨雪霧)環(huán)境下機(jī)器人視覺系統(tǒng)的環(huán)境感知、建模、及圖像預(yù)處理技術(shù)。主要內(nèi)容涉及光照建模與光譜計(jì)算、陰影、反光的建模、檢測與去除、本征圖像獲取與光照分解、雨雪霧的建模與去除、水下散射的建模與去除,并給出了一些機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例和工作展望。這些技術(shù)將圖像與環(huán)境建立了關(guān)聯(lián),對(duì)于提高機(jī)器人的自主環(huán)境感知能力具有一定的意義,使其具有全天候作業(yè)能力。
本書主要論述機(jī)器人視覺系統(tǒng)在復(fù)雜光照(如陰影,反光)與惡劣天氣(如雨雪霧)等條件下的環(huán)境感知、建模、及圖像預(yù)處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)外界光照環(huán)境的智能感知,使其具有全天候作業(yè)能力。
研究表明,人類有超過70%的信息是依靠視覺進(jìn)行感知的。與之相似,視覺系統(tǒng)對(duì)于機(jī)器人來說也至關(guān)重要,它是機(jī)器人理解環(huán)境、執(zhí)行任務(wù)的基礎(chǔ),也是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能的重要入口。近年來,隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的飛速發(fā)展,視覺中面向具體任務(wù)的研究(如視覺伺服、目標(biāo)識(shí)別、跟蹤和圖像理解等)已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。然而,需要注意的是這些視覺算法都是針對(duì)質(zhì)量好、光照條件穩(wěn)定的圖像開發(fā)的。實(shí)際上,機(jī)器人經(jīng)常需要工作在復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中,此時(shí)視覺算法往往缺乏對(duì)環(huán)境的自適應(yīng)能力及魯棒性。這個(gè)問題一直是機(jī)器人視覺及相關(guān)學(xué)科的重要研究內(nèi)容,但一直未得到較好的解決。
不同于僅對(duì)圖像數(shù)據(jù)做數(shù)學(xué)處理或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,本書將闡述從研究物理成像機(jī)理的角度出發(fā)對(duì)圖像中的光照和天氣現(xiàn)象進(jìn)行建模與分析的方法。本書以筆者已發(fā)表的學(xué)術(shù)成果為基礎(chǔ),詳細(xì)系統(tǒng)地論述復(fù)雜光照與惡劣環(huán)境下機(jī)器人視覺系統(tǒng)的環(huán)境感知、建模及圖像預(yù)處理技術(shù),對(duì)于提高機(jī)器人的環(huán)境感知和環(huán)境共融能力具有一定的科學(xué)意義。同時(shí),這些內(nèi)容對(duì)于其他戶外視覺系統(tǒng),如自動(dòng)駕駛、城市監(jiān)控、遙感、水下視覺,以及一些軍事應(yīng)用等,也有一定的借鑒意義和應(yīng)用價(jià)值,使其具有全天候視覺能力。
本書的內(nèi)容主要包括室外光譜輻照度計(jì)算、相機(jī)成像建模、反射光譜計(jì)算及光照變換、陰影和反光的建模與處理、雨雪霧的建模與處理,以及水下散射的建模與處理。具體地,本書的結(jié)構(gòu)如下:第1章為緒論,主要闡述顏色匹配和場景復(fù)現(xiàn)的基本原理并總結(jié)全天候機(jī)器人視覺的關(guān)鍵技術(shù);第2章主要闡述室外光源光譜輻照度的分析與計(jì)算,以及基于圖像的反射光譜重建;第3章主要闡述數(shù)字相機(jī)成像過程建模、相機(jī)響應(yīng)函數(shù)估計(jì)及光照變換;第4章主要闡述陰影的建模、檢測及特征評(píng)價(jià);第5章主要闡述本征圖像獲取與光照分解;第6章主要闡述陰影及反光去除算法;第7章主要闡述雨雪建模與去除算法;第8章主要闡述圖像去霧算法;第9章主要闡述水下散射的建模與去除算法;第10章展示了全天候機(jī)器人視覺的應(yīng)用實(shí)例并進(jìn)行了簡單的研究展望。
本專著是在我們團(tuán)隊(duì)已發(fā)表論文的基礎(chǔ)上凝練而成的。在此,向已發(fā)表論文的主要合作者唐延?xùn)|研究員、韓志研究員、屈靚瓊博士、任衛(wèi)紅博士、崔童博士、吳登祿博士、李鵬越博士生、王國霖碩士生等表示誠摯的謝意。
感謝國家自然科學(xué)基金“共融機(jī)器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”重大研究計(jì)劃項(xiàng)目(91648118)、創(chuàng)新群體項(xiàng)目(61821005)、面上項(xiàng)目(61473280)、青年項(xiàng)目(61102116)、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)人才專項(xiàng)基金“興遼英才計(jì)劃”人才專項(xiàng)基金(XLYC1907039)等的資助。
本書涉及大氣物理、成像光學(xué)及圖像處理等多學(xué)科的知識(shí),筆者自認(rèn)才疏學(xué)淺,書中難免有疏漏與不足之處,萬望讀者朋友不吝指教。
田建東,中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員、博士生導(dǎo)師,主要從事機(jī)器人視覺、圖像處理和模式識(shí)別等方面的研究,尤其關(guān)注視覺系統(tǒng)在復(fù)雜光照、惡劣天氣等條件下的穩(wěn)定性等瓶頸問題。以第一或通訊作者在IEEE Trans. Image processing、IEEE Trans. Multimedia、Optics Express、IEEE CVPR等國際知名期刊和會(huì)議上發(fā)表論文40余篇。作為負(fù)責(zé)人主持了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金共融機(jī)器人重大研究計(jì)劃等項(xiàng)目10余項(xiàng)。研究成果在機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的面向國家重大需求的多個(gè)機(jī)器人項(xiàng)目中應(yīng)用效果明顯,提高了他們?cè)趶?fù)雜視覺環(huán)境下的適應(yīng)和作業(yè)能力,先后獲中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)(兩次)以及遼寧省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。入選IEEE Senior Member、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員等。
第1章緒論(1)
1.1機(jī)器人視覺簡述(1)
1.2復(fù)雜光照及惡劣天氣對(duì)機(jī)器人視覺的影響(2)
1.3顏色匹配函數(shù)與場景復(fù)現(xiàn)基礎(chǔ)(6)
1.4全天候機(jī)器人視覺關(guān)鍵技術(shù)概述(12)
1.5本書的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)(23)
參考文獻(xiàn)(26)
第2章適于機(jī)器人視覺計(jì)算的光照與反射計(jì)算(29)
2.1引言(29)
2.2面向機(jī)器人視覺的室外光源光譜輻照度計(jì)算(32)
2.3波長靈敏度控制的反射比重建(43)
參考文獻(xiàn)(50)
第3章成像建模與光照變換(52)
3.1數(shù)學(xué)相機(jī)成像建模(52)
3.2數(shù)字成像過程解析與仿真(54)
3.3相機(jī)響應(yīng)函數(shù)估計(jì)(64)
3.5圖像光照變換(69)
參考文獻(xiàn)(70)
第4章陰影建模及檢測(72)
4.1引言(72)
4.2陰影的三色衰減模型(73)
4.3陰影通道線性模型(76)
4.4基于三色衰減模型的陰影檢測(83)
4.5基于線性模型的陰影檢測(88)
4.6陰影檢測特征評(píng)估(97)
參考文獻(xiàn)(108)
第5章本征圖像與光照分解(109)
5.1本征圖像獲。110)
5.2本征光照分解空間(128)
參考文獻(xiàn)(140)
第6章陰影及反光去除(141)
6.1基于線性模型的陰影去除(141)
6.2基于深度學(xué)習(xí)的陰影去除(144)
6.3反光去除(156)
參考文獻(xiàn)(168)
第7章雨雪建模與去除(170)
7.1基于全局和局部低秩分解的雪花去除(170)
7.2基于矩陣分解的雨雪去除(178)
7.3基于深度學(xué)習(xí)的單幅圖像雪花去除算法(186)
參考文獻(xiàn)(195)
第8章圖像去霧(197)
8.1基于隱區(qū)域分割和權(quán)重L1范數(shù)正則化的圖像去霧(198)
8.2基于吸收透射率補(bǔ)償及時(shí)空導(dǎo)向?yàn)V波的實(shí)時(shí)視頻去霧(208)
參考文獻(xiàn)(219)
第9章水下散射建模與處理(220)
9.1基于光場成像的強(qiáng)散射水下圖像恢復(fù)(220)
9.2基于雙透射率水下成像模型的圖像顏色校正(232)
參考文獻(xiàn)(240)
第10章應(yīng)用實(shí)例與研究展望(242)
10.1全天候機(jī)器人視覺的應(yīng)用實(shí)例(242)
10.2研究展望(259)
參考文獻(xiàn)(261)