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《機器視覺仿真實驗平臺的研究與設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、機器視覺仿真實驗平臺的研究與設(shè)計摘要：隨著計算機和成像技術(shù)的迅速發(fā)展，機器視覺相關(guān)的理論和技術(shù)在生產(chǎn)和教學(xué)中變得越來越重要。本文分析了智能、視覺和計算三者之間的關(guān)系，指出了進化和訓(xùn)練對于機器視覺系統(tǒng)的重要性，設(shè)計了一種用于機器視覺研究和教學(xué)的視覺虛擬平臺，提出了基于視覺仿真的機器視覺研究和教學(xué)方法。關(guān)鍵詞：進化計算；機器視覺；視覺虛擬平臺機器視覺仿真實驗平臺的研究與設(shè)計摘要：隨著計算機和成像技術(shù)的迅速發(fā)展，機器視覺相關(guān)的理論和技術(shù)在生產(chǎn)和教學(xué)中變得越來越重要。本文分析了智能、視覺和計算三者之間的關(guān)系，指出了進化和訓(xùn)練對于機器視覺系統(tǒng)的重要性，設(shè)計了一種用于機器視覺研究和
2、教學(xué)的視覺虛擬平臺，提出了基于視覺仿真的機器視覺研究和教學(xué)方法。關(guān)鍵詞：進化計算；機器視覺；視覺虛擬平臺當(dāng)前機器視覺已經(jīng)成為制造、交通、機器人、軍事等領(lǐng)域中各種智能系統(tǒng)中重要部分。雖然大量相關(guān)的研究成果不斷涌現(xiàn)，但是在復(fù)雜、高速、實時的環(huán)境下，要利用計算得到相關(guān)的視覺信息，卻依然很困難，其主要原因在于機器視覺的自適應(yīng)性問題沒能得到很好的解決。目前機器視覺也成為許多高校中電子類專業(yè)本科高年級及研究生的一門重要的專業(yè)課程。在機器視覺的相關(guān)教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，呈現(xiàn)在學(xué)生面前的是一系列的彼此難以融合的技術(shù)和方法，在視覺系統(tǒng)的設(shè)計與研究過程中，存在開發(fā)與實驗的周期過長，由于實際的實驗
3、環(huán)境的限制，實驗過程一般難于重現(xiàn)，相關(guān)的算法的性能難于對照和衡量等問題。本文對視覺、智能、和計算三者之間的關(guān)系進行了探討，提出了通過進化計算實現(xiàn)機器視覺的途徑，建立了基于進化計算的機器視覺模型；為了方便基于進化計算的機器視覺的研究和實驗，本文設(shè)計了一種視覺虛擬平臺，為進化程序的學(xué)習(xí)和評價、相關(guān)的實驗和研究提供了高效的平臺。一、視覺、智能、和計算早在20世紀50年代人們就注意到人類智能與機器之間可能存在著密切的聯(lián)系。六十多年來，人工智能在人類思維的部分功能的模擬，比如推理、學(xué)習(xí)、規(guī)劃等，取得了較好的效果，但是在模擬認知、心智、形象思維、靈感思維、對未知環(huán)境的適應(yīng)、以及各項
4、功能的有機融合時卻遠遠沒有達到預(yù)期效果。計算機對于圖像的理解問題就是一個典型的難題。對于包括人類在內(nèi)的紛繁復(fù)雜的生物界，進化論認為，生物之間存在著生存斗爭，適應(yīng)者生存下來，不適者則被淘汰，這就是自然的選擇；生物正是通過遺傳、變異和自然選擇，從低級到高級，從簡單到復(fù)雜，種類由少到多地進化著、發(fā)展著。人類的智能和視覺功能是自然界長期演化的產(chǎn)物。生物的進化不是孤立的進行的，實際上，進化可以發(fā)生在不同的生物學(xué)層次，可以體現(xiàn)在分子水平上dna和蛋白質(zhì)序列的協(xié)同突變，也可以體現(xiàn)在宏觀水平上物種形態(tài)性狀、行為等的協(xié)同演化。從dna、基因組、蛋白質(zhì)組、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等相互關(guān)系上我們可以看出
5、，在生物演化的過程中，信息扮演了重要的角色。如果我們把生物對于信息的處理看成計算的一種，那么，視覺、智能、計算的關(guān)系可用圖1表示。二、視覺虛擬平臺1.基本思想。在視覺系統(tǒng)進化計算過程中，系統(tǒng)和外界信息交流是非常關(guān)鍵的，眾多的視頻材料不僅需要及時提供給學(xué)習(xí)算法使用，而且常常需要重復(fù)使用，以比較各種不同方法的處理效果。我們將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到視覺系統(tǒng)的設(shè)計中。借助于這種方式，觀察者（人、智能體、或者調(diào)用的處理過程）可以“進入”到一個幾乎是無限的數(shù)據(jù)空間之中，與其中的事物或?qū)ο筮M行交互。該數(shù)據(jù)空間所描述的可以是現(xiàn)實世界中存在的事物；也可以是現(xiàn)實世界中尚未存在，完全是假想的事物
6、。為了驗證相關(guān)的視覺算法、及縮短算法的開發(fā)周期，本文建立了視覺系統(tǒng)的仿真實驗平臺。在仿真實驗平臺可以進行目標(biāo)識別等方面的實驗、研究和開發(fā)，特別是對于采用進化計算方法進行的訓(xùn)練和測試，具有安全、經(jīng)濟、可重復(fù)及不受場地條件限制等優(yōu)勢。2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。視覺虛擬平臺主要功能是：根據(jù)已有的媒體材料、檢測對象的特性，用視頻的方式，再現(xiàn)實驗環(huán)境或者虛擬出指定的實驗環(huán)境，以便于視覺系統(tǒng)的研究、開發(fā)、訓(xùn)練、調(diào)試和性能測試。視覺虛擬平臺主要目的是服務(wù)于視覺應(yīng)用程序，為了更方便快捷地設(shè)計出高效、準確的、實用的視覺系統(tǒng)，所以其真實性就顯得特別重要。為了實現(xiàn)以上功能，本文設(shè)計了如圖2所示的系統(tǒng)機構(gòu)
7、，視覺虛擬平臺包括：場景和目標(biāo)描述模塊、背景媒體庫、運動仿真模塊、3維目標(biāo)建模模塊、視頻合成模塊、虛擬相機和決策編程接口、視頻顯示等模塊組成。系統(tǒng)工作的基本原理是，通過操作人員輸入關(guān)于場景和目標(biāo)描述信息，從媒體庫中選擇適當(dāng)?shù)谋尘耙曨l，并對目標(biāo)進行運動仿真和建模。然后將跟蹤目標(biāo)的圖像合成到背景視頻中，該視頻適當(dāng)處理后，即可送到虛擬攝像機編程接口輸出，或者顯示。3.場景和目標(biāo)描述。為了使得合成的視頻真實自然，不僅要求場景和目標(biāo)圖片真實，而且二者之間的融合也非常關(guān)鍵。由于在實際的視覺系統(tǒng)中，目標(biāo)的信息大多來源于從背景圖像中分割出來的目標(biāo)區(qū)域，因
