机器视觉——光的初探

     

图片发自简书App

光,从我们第一眼看到这个世界,到最后一缕气息将我们引向轮回密境,它一直出现在我们周围,像空气一样平凡,却至关重要。

      上帝在人间的第一句话是:要有光。

      时间可以倒流的关键速度是:光速。

      光,可以使我们“看”到。感知万物,分辨美丑。

图片发自简书App

      视觉,以及善于辨识,是人类与生俱来的特殊能力。明眸善睐,可以直通心灵。但是随着科学技术的发展,用于“辨识”的机器视觉,也应运而生。这种机器辨识试图完成和人类视觉同样的功能,而且优点更为突出。

      我们通过传感器来接收物体传来的光学信息(颜色以及色调密度等),以数据(矩阵)的形式存储,然后通过计算机进行更深入的处理(比较,辨识,分类等)。

      机器不会受主观情绪的限制,没有疲劳,对物体信息的记忆更加精确并持久,通过确定的计算方法得出结论而不会出现“视觉混淆”的情况。

      人类视觉受可见光的限制,并且很难记住大量、精确的数据,比如当你修补一个带颜色的东西时,是不可能通过记忆来精确找到相同颜色配件的。

      这些问题对机器视觉来说是不存在,它不受可见光的限制,可以捕获更多人类感知不到的信息,并且能通过大量数据长久精确记忆物体的色彩密度以及色调密度这些信息,比较两个物体的颜色是否相同,只要比较两个物体的图像数据就搞定了。

以下是作为参考的机器视觉处理链

图片发自简书App

      在计算机对图像数据进行处理之前,我们首先要捕获图像信息。和人眼类似,机器视觉中的图像信息,是通过传感器捕获物体的光学特征而形成的。所以,理解光的物理特性,对机器视觉的建立至关重要。

      光具有波的属性和粒子的特性,任何一个单一特性都不能解释所有的光学现象,所以我们提到光的物理特性时,常常提到“波粒二相性”,即:光既可以看成是粒子组成,也具有“波”的特性。

      光,可以看成由光子组成。光子以300000km/s的速度匀速前行。光子及其能量可以被物质吸收,也可以由物质以光的形式释放出来。

      光,也可以看成是一种电磁波,光子的能量,同时和光的波长联系着。光子的能量越强,其相应光的波长越短。

      而波长,和频率成反比。

      把不同途径产生的电磁波按频率从低到高排列,有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线这些频段

      可见光,是电磁光谱的一部分。

图片发自简书App

      在一定初始条件和边界条件下,光和其他电磁现象都可以有一组线性偏微分方程组描述,即,麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组主要描述了电磁波的以下特性:

电荷产生电场

变化的电场产生磁场

而磁场,却不存在“磁荷”,它们是封闭的曲线。

变化的磁场能够产生电场

图片发自简书App

麦克斯韦方程组在电磁学中的地位,如同牛顿运动定律在力学中的地位一样。它所揭示出的电磁相互作用的完美统一,为物理学家树立了这样一种信念:物质的各种相互作用在更高层次上应该是统一的。

我们可以把光波看成是一种电磁波,遵循麦克斯韦方程组的定义;场的强度可以对应为光的强度,而图像传感器捕捉一段时间内的平均光强度。

今后,我们将以麦克斯韦方程组为基础,探讨光波的传播特性。

推荐阅读更多精彩内容

  • 世界上有许多著名的猫:Kitty、加菲猫、哆啦A梦、Tom…… 而科学界最著名的猫,大概就是“薛定谔的猫”了。薛定...
    她禅阅读 384评论 1 2
  • 十三章:光的本质和光的传播 通过上面的很多章节,我们分析了光的诸多实验内容。包括光的反射,折射,色散,干涉,衍射,...
    灵遁者国学阅读 595评论 0 1
  • 经典物理学在我们日常生活中应用的非常有效,但如果物体运动速度太快,就要引入爱因斯坦的相对论进行修正了,当物体太小,...
    亚拉河的春天阅读 11评论 0 0
  • 旗牌游戏服务器租用特性: 1.多个机房备选,让您自由选择机房。 通过我们为您建立的方案,能让国内外的玩家们可以访问...
    Ayun123阅读 6评论 0 0
  • 一转眼,竟然过了也好多年了。 这些年,一直都是一个人,习惯了每天回到家都是自己一个人。有时候我还会以为我就是这样孤...
    佑暖儿阅读 25评论 0 0