第五章智能机器人的视觉机器人的视觉功能在于识别环境、理解人的意图并完成工作任务。机器人的视觉技术包括：给定图像的检测与跟踪、多目视觉与距离测量、时序图像检测运动并跟踪、主动视觉等。5.1机器视觉基础理论(1)计算理论层是视觉信息处理的最高层次是抽象的计算理论层次，它回答系统各个部分的计算目的和计算策略。(2)表达与算法层是要进一步回答如何表达视觉系统各部分的输入、输出和内部的信息，以及实现计算理论所规定目标的算法。(3)硬件实现层要回答的是“如何用硬件实现各种算法”。机器视觉研究可以分为如下五大研究内容：1、低层视觉2、中层视觉3、高层视觉4、输入设备5、体系结构1.图像多义性不同形状的三维物体投影在图像平面上可能产生相同图像。不同形状的三维物体投影在图像平面上可能产生相同图像，如图所示。2.环境因素影响照明、物体形状、表面颜色、摄像机以及空间关系变化都会对获取的图像有影响，几个立方体构成的多义性图像如图所示。大家应该也有点累了，稍作休息3.知识导引同样的图像在不同的知识导引下，将会产生不同的识别结果。不同的知识导引也可能产生不同的空间关系。4.大数据灰度图像、彩色图像、高清图像、深度图像、图像序列的信息量会非常大，需要很大的存贮空间和计算处理能力。5.2成像几何基础简单的三维图形获取过程如图所示。5.2.2透视投影5.2.3平行投影5.2.4视觉系统坐标变换2)平移变换空间内物体在x、y、z方向平移（h，k，l），对应的变换矩阵Ti可表示为：3)扩大、缩小变换空间内物体以原点为中心，在x、y、z轴方向扩大或者缩小mx、my、mz倍，或者全体的1/mw倍，则对应的变换矩阵Ti可表示为：三维空间中，以某一个视点为中心往二维平面上投影的过程称为透视变换。如图所示，这种将平面π上的图形投影到另一图像平面μ上这一过程称作“配景映射”。5.3图像的获取和处理1)图像坐标系摄像机采集的图像以MxN的二维数组存储的。如图所示，在图像上定义的直角坐标系中，坐标系原点位于图像的左上角，图像坐标系的坐标(u,v)是以像素为单位的坐标。2)成像平面坐标系若原点q在uv坐标系中的坐标为(u0,v0)，每一个像素在x轴与y轴方向上的物理尺寸为dx,dy，则图像中任意一个像素在两个坐标系下的坐标关系：3)摄像机坐标系摄像机坐标系是以摄像机为中心制定的坐标系。摄像机成像几何关系如图所示：4)世界坐标系设三维空间中任意一点P在世界坐标系的齐次坐标为[xw,yw,zw,1]T，在摄像机坐标系下的齐次坐标为[xc,yc,zc,1]T，则摄像机坐标系与世界坐标系的关系：2.摄像机小孔成像模型实际成像系统应采用透镜成像原理，物距u、透镜焦距f、象距v三者满足如下关系：5.3.2图像处理5.4智能机器人的视觉传感器5.4.1照明系统5.4.2光学镜头5.4.3摄像机5.4.4图像处理器5.5智能机器人视觉系统5.5.2单目视觉5.5.3立体视觉5.5.4主动视觉与被动视觉5.5.5移动机器人系统实例5.6视觉跟踪5.6.1视觉跟踪系统5.6.2基于对比度分析的目标追踪5.6.3光流法5.6.4基于匹配的目标跟踪5.6.5Meanshift目标跟踪5.7主动视觉5.8视觉伺服5.8.1视觉伺服系统的分类5.8.2视觉伺服的技术问题5.9视觉导航5.9.2视觉导航中的摄像机数目5.9.3视觉导航中的地图依赖性