6、计算机视觉系统：信息获取与特征提取全解析

计算机视觉系统：信息获取与特征提取全解析

1. 信息获取

视觉是人类最强大的感官，它能为我们提供大量关于环境的信息，使我们在动态环境中实现丰富而智能的交互。因此，人们投入了大量精力为机器配备能够模拟人类视觉系统能力的传感器。

1.1 视觉传感器

在机器人领域，视觉传感器非常受欢迎。它们能捕获光线并将其转换为数字图像，随后对数字图像进行处理，以获取诸如深度计算、运动检测、颜色跟踪、特征检测和场景识别等重要信息。目前，数字静态相机和摄像机主要使用两种传感器：CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）。此外，机器人专家还可以选择使用更高级的数字传输协议（如IEEE 1394（Firewire）标准和USB（包括USB 2.0）标准）与成像器进行通信。如今，CCD和CMOS技术的视觉系统都能提供可直接被机器人专家利用的数字信号。

从数学角度来看，数字图像I可以建模为一个函数I(x, y)，它将空间中的位置(x, y)映射到像素值：
[I(x, y) = v]

1.2 颜色空间

颜色空间是视觉传感的一个重要方面，它能提供其他机器人传感器无法提供的传感模式和线索。颜色作为一种环境特征，既可以是自然线索，也可以是人工线索，能为移动机器人提供新的信息。颜色传感有两个重要优势：一是颜色检测是单幅图像的直接函数，无需解决对应问题；二是颜色传感提供了一种新的独立环境线索。

常见的颜色空间有以下几种：
- RGB颜色空间 ：创建彩色图像有两种常见方法，即使用单芯片或三个独立芯片。单芯片技术使用Bayer滤波器，将芯片上的像素分成2×2的四像素组，