引言

計算機視覺（Computer Vision）自興起以來就非常迅速且廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，比如我們熟悉的且每天都會使用的基于手機攝像頭的人臉識別，除此之外，它還可以在自動駕駛領(lǐng)域輔助汽車識別交通信號、標(biāo)志和行人；在制造業(yè)輔助工業(yè)機器人監(jiān)督和指導(dǎo)人工操作。

計算機視覺的主要目的是讓計算機能像人類一樣甚至比人類更好地看見和識別世界。計算機視覺通常使用C++、Python和MATLAB等編程語言，是增強現(xiàn)實（AR）的一項重要技術(shù)。目前主流的計算機視覺工具有OpenCV、Tensorflow、Gpu、YOLO、Keras等。計算機視覺其實是一個復(fù)雜多元的交叉領(lǐng)域，包含了很多來自數(shù)字信號處理、神經(jīng)科學(xué)、圖像處理、模式識別、機器學(xué)習(xí)(ML)、機器人、人工智能(AI)等領(lǐng)域的概念。

本文，小編想具體介紹一下計算機視覺的工作流程。

什么是計算機視覺（Computer Vision）

一言蔽之，計算機視覺是讓計算機理解并標(biāo)記圖像內(nèi)容的技術(shù)領(lǐng)域。

舉個例子，請看下圖：

對于人類來說，你很難向從沒穿過衣服的原始人解釋什么是連衣裙或者什么是鞋。計算機視覺也是如此，如果它并沒有相關(guān)輸入，就不會理解上圖的東西都是什么。

所以，我們需要收集并標(biāo)記大量關(guān)于衣服、鞋、包包的圖片，輸入進計算機“告訴”它這些圖片里的東西是什么，在經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練后，計算機將會識別出哪個是連衣裙，哪個是鞋、哪個是包包。

計算機視覺的主要應(yīng)用

計算機視覺目前應(yīng)用的領(lǐng)域不勝枚舉，小編就挑出5個具有代表性的應(yīng)用吧：

物體與行為識別

自動駕駛汽車

醫(yī)療影像分析與診斷

圖片標(biāo)記

人臉識別

計算機視覺工作流程

計算機視覺工作流程其實是大多數(shù)計算機視覺應(yīng)用程序?qū)⒔?jīng)歷的一系列步驟。許多視覺應(yīng)用程序都是從獲取圖像和數(shù)據(jù)開始，然后處理數(shù)據(jù)，執(zhí)行一些分析和識別步驟，最后執(zhí)行一個動作的：

計算機視覺工作流程

就拿人臉識別來說吧，它也主要遵循了計算機視覺的工作流程：

人臉識別工作流程

我們可以看到，大部分計算機視覺技術(shù)應(yīng)用其實都是從數(shù)據(jù)預(yù)處理開始的，其實這也是機器學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

所謂預(yù)處理圖像就是將輸入的圖像數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，以便后續(xù)工作流程的順利進行。例如，假設(shè)我們創(chuàng)建了一個簡單的聚類算法來區(qū)分紅玫瑰和其他花朵:

我們將算法設(shè)計為計算給定圖像中紅色像素的數(shù)量，如果有足夠多的紅色像素（大于300個紅色像素）就被歸類為紅玫瑰。（這個例子里我們只提取了顏色特征）

還有一點需要注意的是，輸入圖像的大小、裁切方式都會影響算法的輸出結(jié)果，因此數(shù)據(jù)預(yù)處理非常重要！

作為數(shù)據(jù)的圖像

圖像中的每一個像素都是一個我們可以改變的數(shù)值，比如，我們可以將一個像素乘以一個標(biāo)量來改變圖像亮度，我們也可以將每個像素值向右移動來改變圖像飽和度等。

將圖像視為數(shù)字網(wǎng)格是許多圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)。一般來說，色彩與形狀改變都是通過數(shù)學(xué)運算對圖像進行逐像素變換完成的。

訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

為了訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，我們要提供一組標(biāo)記過的圖像數(shù)據(jù)，然后比較這些輸入圖像與計算機預(yù)測的輸出標(biāo)簽或識別的測量值的差異以檢測算法模型的準(zhǔn)確率。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)會監(jiān)督它所犯的錯誤（誤差），并通過修正它發(fā)現(xiàn)的圖像數(shù)據(jù)間的模式與差異來實現(xiàn)迭代與擬合。

其中，梯度下降法是一種減少神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差的數(shù)學(xué)方法，其中卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種特殊類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通常用于計算機視覺應(yīng)用，在我們往期推文里有詳細(xì)介紹~

X =輸入；a = 活化函數(shù)；W = 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)重；J = 損失函數(shù)；Alpha = 學(xué)習(xí)率；y = 地面真值；y = 預(yù)測；k = 迭代次數(shù)

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：計算機視覺：你必須了解的圖像數(shù)據(jù)底層技術(shù)

文章出處：【微信公眾號：新機器視覺】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。