計算機視覺是指:讓機器通過數字圖像或視頻等視覺信息來模擬人類視覺的過程,以達到對物體的理解、識別、分類、跟蹤、重建等目的的技術。它是人工智能領域中的一個分支,涉及圖像處理、模式識別、機器學習、深度學習等多個領域。
隨著人工智能和機器學習算法進入了與產業深度融合的階段,機器視覺技術已廣泛應用于人臉識別、自動駕駛、無人機、醫學影像分析、工業生產等場景,主要運用到以下六大主流機器視覺技術,一起來了解一下~
01 圖像分類
圖像分類是根據各自在圖像信息中所反映的不同特征,把不同類別的目標區分開來的圖像處理方法。它利用計算機對圖像進行定量分析,把圖像或圖像中的每個像元或區域劃歸為若干個類別中的某一種,以代替人的視覺判讀。
常用方法:基于色彩特征的索引技術、基于紋理的圖像分類技術、基于形狀的圖像分類技術、基于空間關系的圖像分類技術等。
主要應用:場景分類、物體識別、圖像標注、醫學圖像、工業檢測和安防監控等。
02 目標檢測
目標檢測是指在圖像或視頻中,識別出目標物體所在的位置,并標注出其所屬的類別的任務。相比于圖像分類任務,目標檢測需要對目標的位置和數量進行準確的識別,因此其難度更大,但也更加實用。在實際應用中,可以根據具體場景和需求,選擇不同的模型和算法來實現追蹤、識別和分析等目標檢測任務。
常用模型:
①Faster R-CNN:是一種基于深度神經網絡的目標檢測模型,它通過在區域提議網絡(Region Proposal Network, RPN)中引入錨點來提高檢測速度,同時采用了RoI Pooling層來實現不同大小的目標檢測。
②YOLO(You Only Look Once):是一種基于單階段目標檢測算法的模型,它將目標檢測任務轉化為一個回歸問題,通過卷積神經網絡預測目標的類別和位置。
③SSD(Single Shot MultiBox Detector):也是一種基于單階段目標檢測算法的模型,通過在每個特征層上應用不同大小和形狀的先驗框,從而實現對不同尺度目標的檢測。
主要應用:
①智能安防:監控場景中的人員和車輛,實現目標追蹤和識別。
②自動駕駛:通過識別道路標志、交通信號燈、行人和其他車輛等來實現自主駕駛。
③無人機:對無人機飛行區域中的目標進行識別和跟蹤,以實現智能控制和導航。
④工業制造:在生產過程中對產品進行檢測和分類,提高生產效率和質量。
⑤醫療診斷:通過對醫學圖像中的腫瘤等異常進行識別和定位,輔助醫生進行診斷和治療。
尤其是適用于邊緣端的智能應用,比如在英碼科技的場景化解決方案中,主要通過邊緣計算盒子,結合機器視覺、大數據等技術實現長尾場景的實時感知、目標識別、監測、預警等智能應用,助力交通、校園、工地、化工園區等領域實現智慧化升級,達到降本增效的目的。
03 目標跟蹤
目標跟蹤是指在視頻序列中,對于已知的初始目標,在后續幀中通過對目標的特征提取和跟蹤算法進行處理,實現對目標位置、形態等信息的實時跟蹤。
常用方法:
①基于相關濾波的跟蹤方法:將目標與模板進行相關性計算,計算得到的結果可以表示目標在當前幀的位置。
②基于粒子濾波的跟蹤方法:通過在目標周圍隨機生成多個粒子,然后根據目標的運動模型,對這些粒子進行預測,再用觀測信息對預測的粒子進行權重更新,最終選擇權重最高的粒子來表示目標的位置。
③基于深度學習的跟蹤方法:使用深度學習算法對目標進行特征提取和表示,然后根據目標在前一幀的位置和特征,對目標在當前幀的位置進行預測。常用的深度學習跟蹤算法包括循環神經網絡(Recurrent Neural Network,RNN)、卷積神經網絡(Convolutional Neural Network,CNN)等。
主要應用:目標跟蹤技術適用于視頻監控、無人駕駛、智能交通等領域,可以用于目標的實時跟蹤和識別,實現自動化控制和智能化分析。
04 語義分割
語義分割旨在將輸入圖像中的每個像素標記為屬于哪個語義類別。與目標檢測和圖像分類不同,語義分割不僅可以識別圖像中的物體,還可以為每個像素分配標簽,從而提供更詳細和準確的圖像理解。
常用模型:FCN(Fully Convolutional Network)、U-Net、DeepLab等。近年來還涌現出了許多基于深度學習的新型語義分割模型,如PSPNet、DeepLab V3+等,它們在精度和效率等方面都有所提高。
主要應用:語義分割適用于需要對圖像進行精細分割和像素級分類的場景,例如自動駕駛中的道路分割、醫學圖像中的病變分割、地理信息系統中的土地分類等。
05 實例分割
實例分割是結合目標檢測和語義分割的一個更高層級的任務。實例分割是計算機視覺中的一項任務,旨在同時檢測圖像中的物體,并將每個物體分割成精確的像素級別的區域。與語義分割不同,實例分割不僅可以分割出不同類別的物體,還可以將它們分割成獨立的、像素級別的區域。
常用模型:Mask R-CNN、FCIS(Fully Convolutional Instance-aware Semantic Segmentation)、SOLO(Segmenting Objects by Locations)等。
主要應用:實例分割適用于需要對圖像進行精細分割并區分不同物體的場景,例如自動駕駛中的行人和車輛分割、醫學圖像中的器官分割、遙感圖像中的建筑物分割等。
結語
上述這 5 種關鍵的機器視覺技術可以協助計算機從單個或一系列圖像中提取、分析和理解有用的信息,賦能千行百業實現AI應用,構建更智能、美好的視界。
審核編輯 黃宇
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