Рассел С., Норвиг П. Искусственный интеллект. Современный подход (2-е изд., 2006) (1245267), страница 316

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 316)

Эксперименты, проведенные над мухами в реальных условиях, показали, что указанные насекомые действуют именно по этому принципу. Мухи относятся к числу наиболее ловких летающих объектов среди всех живых существ и машин, а интереснее всего то, что они добиваются этого с помощью системы зрения, имеющей невероятно низкое пространственное разрешение (поскольку в глазу мухи имеется всего около 600 рецепторов, тогда как в глазу человека — порядка 100 миллионов), но блестящее временное разрешение. Чтобы получить данные о глубине, необходимо воспользоваться несколькими кадрами.

Если видеокамера направлена на твердое тело, то его форма не изменяется от кадра к кадру и поэтому появляется возможность лучше решать задачу измерения оптического потока, неизменно подверженного шуму. Результаты применения одного из подобных подходов, полученные Томази и Канаде 11511), показаны на рис. 24.8 и 24.9. Бинокуляриые стереодаиные Большинство позвоночных имеют два глаза.

Это не только удобно в качестве резерва на случай потери одного глаза, но и дает также некоторые другие преимущества. У многих травоядных глаза расположены по обе стороны головы, что позволяет им иметь более широкий обзор. С другой стороны, у хищников глаза находятся в передней части головы, благодаря чему они используют 'ъ. бииокулярные стереоданные. Принцип бинокулярного зрения аналогичен принципу, в котором используется параллакс, возникающий во время движения, за тем исключением, что вместо использования изображений, сменяющихся во времени, применяются два изображения (или, в случае систем машинного зрения, и большее количество изображений), которые разделены в пространстве; например, такие изображения передают в мозг глаза человека, смотрящего прямо вперед.

Поскольку данная конкретная характеристика в сцене будет находиться в различных местах по отношению к оси л каждой плоскости изображения, то после совмещения двух изображений будет обнаруживаться 1161 Глава 24. Восприятие Левый глаз Правый глаз Рис. 24.11. Зависимость между рассогласованием и глубиной в стереоданных У людей величина В (;ъ. базисная линия) составляет около 6 см.

Предположим, что расстояние я примерно равно 100 см. В таком случае наименьшее доступное обнаружению значение бй (соответствующее размеру светочувствительного элемента глаза) составляет около 5 угловых секунд, а это означает, что разность расстояний бд равна 0 4 мм. При я=3 О см получим значение ВЗ=О . 03 6 мм, которое на удивление мало. Это означает, что на расстоянии 30 см люди способны различать значения глубины, которые отличакпся друг от друга на столь малую величину, как 0,036 мм, что позволяет им продевать нитку через ушко иголки и выполнять другие тонкие операции.

Градиенты текстуры В повседневной речи под 'гк текстурой подразумевается свойство поверхностей, связанное с осязательными ощущениями, которое оно напоминает (слово "текстура*' имеет тот же корень, что и слово "текстиль"). А в проблематике машинного зрения этим словом обозначается тесно связанное понятие, определяющее наличие повторяющегося в пространстве рисунка на поверхности, который может быть обнаружен визуально. В качестве примеров можно назвать одинаковый ряд окон на здании, стежки на свитере, пятна на шкуре леопарда, травинки на лужайке, гальку на берегу и толпу людей на стадионе. Иногда взаимное расположение повторяющихся рисунков является весьма регулярным, как в случае стежков на свитере, а в других случаях, таких как галька на берегу, регулярность обеспечивается только в определенном статистическом смысле: плотность расположения гальки приблизительно одинакова в разных частях пляжа.

Сказанное выше является справедливым применительно только к реальной сцене, а на изображении кажущиеся размеры, форма, взаиморасположение и другие характеристики элементов текстуры (называемых Ж текселами) действительно различаются, как показано на рис. 24.12. Например, черепицы выглядят одинаковыми только в реальной сцене, а на изображении размеры и форма проекций черепиц варьируют, и это связано с двумя описанными ниже основными причинами. 1. Различия в расстояниях от текселов до видеокамеры. Напомним, что в перспективной проекции удаленные объекты кажутся меньшими. Коэффициент масштабирования равен 1/ я. 116? '!з ~ь 1 !1.

Ойненлс. вос.п~юы~ие и осыке Глава 24. Восприятие 1163 Начнем с ситуации, в которой действительно можно найти решение задачи определения данных о форме на основании данных о затенении. Рассмотрим ламбертову поверхность, свет на которую падает от удаленного точечного источника света. Предположим, что поверхность находится достаточно далеко от видеокамеры, чтобы можно было использовать ортогональную проекцию в качестве аппроксимации перспективной проекции. Яркость изображения определяется с помощью следующей формулы: 1(х, у) =)ат(х, у) в где )г — константа масштабирования; и — единичный вектор, нормальный к поверхности; я — единичный вектор, направленный в сторону источника света.

Поскольку и и в — единичные векторы, их точечное произведение представляет собой косинус угла между ними. Форму поверхности можно определить, следя за тем, как изменяется направление нормального вектора п, движущегося вдоль поверхности. Предположим, что значения )г и в известны. Поэтому задача сводится к тому, чтобы восстановить данные о векторе и (х, у), нормальном к поверхности, если известна интенсивность изображения т ( х, у) . Прежде всего необходимо отметить, что задача определения и, если дана яркость 1 в данном пикселе (х, у), не разрешима локально.

Может быть вычислен угол, под которым вектор и пересекается с вектором, направленным к источнику света, но полученный результат позволяет лишь узнать, что этот вектор находится в определенном конусе направлений с осью я и углом от вершины Ог поз ' ( г~)с) . Чтобы перейти к более точным вычислениям, необходимо отметить, что вектор и не может изменяться произвольно при переходе от пиксела к пикселу.

Он соответствует нормальному вектору гладкой конечной части поверхности, ограниченной замкнутой кривой, и поэтому также должен изменяться плавно (формальным названием для этого ограничения является Ъ. иитегрируемость). На основе этой идеи было разработано несколько различных методов. Один из них состоит в том, что нужно использовать другое выражение для и, в терминах частных производных л и г„глубины л(х,у). Такой подход приводит к получению частного дифференциального уравнения для г, которое может быть решено для получения данных о глубине л(х, у) с учетом подходящих граничных условий.

Этот подход может быть немного обобщен. Например, не обязательно, чтобы поверхность была ламбертовой, а источник света был точечным. При условии, что суШествует возможность вычислить Ж карту коэффициентов отражения П(п), которая задает значения яркости конечной части поверхности, ограниченной замкнутой кривой, как функции от положения нормального вектора и к этой поверхности, могут по сути применяться методы такого же типа. Настоящие сложности возникают, когда приходится иметь дело со взаимными отражениями. Если рассматривается типичная сцена внутри помещения, такая как сцена, в которой показаны объекты внутри офиса, то можно заметить, что поверхности освещаются не только источниками света, но и светом, отраженным от других поверхностей в сцене, которые фактически служат в качестве вторичных источников света.

Такие эффекты взаимного освещения являются весьма значительными. В подобной ситуации формальный подход, предусматривающий использование карты коэффициентов отражения, становится полностью неприменимым, поскольку яр- 1164 Часть Ч11. Общение, восприятие и осуществление действий кость изображения зависит не только от положения нормального вектора к поверхности, но также и от сложных пространственных связей между различными поверхностями в сцене. Не подлежит сомнению, что люди обладают определенными способностями к восприятию данных о форме на основании данных о затенении, поэтому указанная задача продолжает привлекать значительный интерес, несмотря на все сложности, связанные с ее решением. Контуры Рассматривая контурный рисунок, подобный приведенному на рис. 24.13, мы получаем живое восприятие трехмерной формы и расположения. Благодаря чему это происходит? Ведь уже было сказано выше, что к получению одного и того же контурного рисунка приводит обработка не одной конфигурации сцены, а бесконечного количества таких конфигураций.

Характеристики

Список файлов книги