视觉计算理论范例(12篇)
视觉计算理论范文
关键词：平面设计；视觉美学；计算机辅助；分析
在平面设计中，其核心体现就是秩序，因此，要想设计出好的作品，就必须遵循表面中的一些几何规律和表现规律，以相关的规则为基准，保证整个设计的对称、平衡以及和谐，加强对设计作品的评价，对其构成要素和比例进行具体分析，充分利用设计者的个人艺术素养，达到平面设计的美学效果。
一、平面设计视觉美学的基本理论
3.关于动态矩形
在平面设计中，除了黄金分割所给人造成的美感之外，还有动态矩形所带给人们的愉悦感受。简单来讲，动态矩形就是建立在一些无理分数比例的基础上，使平面设计产生一种视觉愉悦效果，构成黄金分割矩形平面的比率。所以，利用动态矩形，在构成了组合和分割的同时，也符合了原始矩形的比例。
二、平面设计视觉美学计算机辅助分析
对于平面设计的作品来讲，其在遵循以上原理的基础上，会增强作品构成上的凝聚感，进而促进作品视觉元素的归属感。同时，这些美学原则也是分析和判断美的重要指标，在这里我们简单对平面设计视觉美学的计算机辅助进行具体分析。
2.关于图幅的分析
根据以上框架分析，一旦图像导入到系统之后，其首要任务是将图像置于系统图层的最底层，然后做好图像的锁定，一方面，是为保证图像的稳定和安全，避免图像被任意篡改或者是修改，另一方面，将图像置于系统图层底层，便于以后进行分析的操作，比如，在分析过程中，其所用到的模板叠加、所用的辅助线等，避免其图像保证在上层，而不会被遮挡。在经过以上的处理后，通过相关的分析，对获得的图像进行属性分析，最后就可以进入到图幅分析的环节。
三、关于分割线的分析
四、关于标准辅助线模板的分析
在平面设计中，不论是分割线比例分析结束，或者是图像不存在分割线，都需要进行分割线的进一步分析，通常情况下，所用到的方法就是标准辅助线分析模板，利用这种方法，不但可以进行分割线的分析，而且可以进行图像分析。另外，在动态矩形分析时，由于其存在复杂性，如果只是单纯地通过人工判断作为标准的话，那么，是很难发现其使用的情况及其作用，因此，就要通过标准辅助线模板，发掘作品中所潜在的深层次比例关系。
五、关于辅助工具的分析
对于系统本身来讲，其可以为平面设计提供一个面积计算器以及一个比例计算器，便于在进行分析的过程中，可以随时使用，其中，尤其是对于面积计算器来讲，其发挥着更为重要的作用，因为，其可以将图像中的一些不规则的图形面积计算出来，方便于整体设计的进行。
六、关于报表和系统实现的分析
总而言之，在平面设计中，通过几何美学的相关比例以及构成基本原理，进行平面设计视觉美学计算机辅助分析，充分构造了一个原形系统，加强对作品的导入，从而为平面设计用户提供更加有效的美学原理，加强技术支持，保证平面设计系统的专业性提升。
参考文献：
［1］罗耀辉，黄民翔，许旭锋．关于绘画与平面设计的差异性［J］．设计研究，2009，34（12）：36-41.
视觉计算理论范文篇2
计算机的发展及应用，使人们的生活日新月异。计算机辅助设计源于计算机图形技术的产生，计算机辅助设计的研究构想发端于1950年，但使用计算机绘图的最早记录是在1963年，美国麻省理工学院的研究人员伊凡·苏泽兰在美国计算机联合会会议上发表了名为《画板》的博士论文，从而开始了计算机辅助设计的发展历程。他从1950年开始着手开发通过图形技术来处理人与电脑交互对话的操作系统。1963年，这套以电脑主机、显示屏、光电笔和键盘为工具的图形画线系统得到实现。这套图形画线系统开发和引进了许多计算机绘图的基本思想和技术，使用户可以运用电脑画出直线、复杂曲线以及简单的标准部件。
最初CAD被解释为“计算机辅助绘图”，由于当时计算机在设计上的作用是替代传统手工绘图的一种新工具，但随着后来信息技术的飞速发展，计算机技术在各领域的广泛应用，CAD的含义也在不断变化扩展，随着20世纪70年代像素的产生、80年代三维曲面造型系统的开发等，使电脑绘图从只能用“线”这一基本绘制元素发展到可以用点、面、体进行绘制计算机图形，从而使CAD的含义也发展成现在人们比较熟知的计算机辅助设计这个概念了。1970年的威尼斯双年展首次接纳了计算机绘画作品，这也标志着新的视觉艺术形式的诞生得到了社会的承认。
我国的计算机辅助设计起源于20世纪70年代。与国外计算机辅助设计发展的轨迹相似，国内计算机辅助设计的研究与应用基本上是从各高等院校发展起来的。20世纪90年代初，随着我国现代化进程的迅速发展以及计算机的进一步普及，在环境艺术设计和创作领域，计算机技术应用的价值，逐渐得到人们的重视。
二、我国计算机辅助环境艺术设计的现状
计算机作为信息时代重要的技术工具，在环境艺术设计领域得到普遍应用。在20世纪90年代前，国内对环境艺术设计效果的表现是使用手工绘制的方法，到了20世纪90年代初期，计算机辅助设计技术开始在我国建筑业应用。计算机辅助设计技术在建筑设计表现领域以不可逆转的潮流迅速发展。尤其是到了20世纪末，计算机辅助设计逐渐成为建筑效果表现的主流。起初，设计师主要运用AutoCAD软件进行施工图的绘制，在方案阶段还以手绘为主。但随着相关专业软硬件的更新和进步，它自身的强大优势得以显示，同时对传统手绘表现产生了越来越大的冲击。
随着近十几年来我国计算机辅助环境艺术设计的发展，计算机建筑效果表现的类型己经有了很细致的划分，可以分为：计算机建筑效果图、计算机建筑漫游动画和计算机建筑效果虚拟现实。计算机建筑效果图主要是通过3DSMAX，Lightscape，Photoshop等计算机软件制作的静态的效果图。通过计算机三维软件从平面、立面数据中得到透视图，透视点位置及视点角度均可变换，然后再渲染出二维图像，这种方式是目前社会上应用最广泛的。计算机漫游动画是利用3DSMAX软件的三维动画功能，在建筑物的室内或室外的设计阶段就能以可视的、动态的方式全方位展示建筑物所处的地理环境、建筑物外貌和各种附属设施以及建筑物内部空间的效果，使人们能够在未来的建筑物中漫游，因而成为建筑设计方案及装修效果展示、建筑方案投标、论证、评审的有力工具。
三、计算机辅助环境艺术设计的发展趋势
当前，随着计算机软硬件技术的迅猛发展，计算机辅助设计在环境艺术设计领域受到了广泛的重视和应用，比如各种方案的汇报、投标以及招商广告中随处可见，从而出现了大量的绘图软件的教程以及在教学上更加重视计算机绘图软件的教学课程。人们更多的关注计算机技术，想方设法掌握各种绘图软件，在模型、材质、灯光以及各种渲染技法上花费大量的时间，而忽略了最终的效果图的艺术性。计算机辅助设计是科学与艺术以及计算机与艺术设计相结合的边缘学科。计算机辅助设计在视觉艺术创造规律、形式法则和审美方法与传统的艺术设计是相同的。所谓视觉艺术，是通过人的视觉感受而将客观内容纳入主观心灵并予以对象化呈现的艺术形态。一些美学研究者认为，从审美主体的角度来看，艺术离不开创造者和欣赏者两个方面，而这两个方面都要通过一定的感官和相应的感性物质媒介，前者创造出审美对象，后者达到审美愉悦。所以说，作为视觉艺术的计算机辅助设计作品既要真实的描绘场景，又要使欣赏者达到审美偷悦。不可否认，人们的欣赏水平在不断提高，求新、求异的视觉口味也越来越高。这源于技术的发展、审美的进步，计算机技术的发展对于社会和艺术创造产生了重大的推动作用。
在计算机辅助环境艺术设计发展的初级阶段，设计师的目标是使效果图具有真实感，能够模拟未来场景的真实效果，具有一定的实用性。目前的计算机建筑效果图的风格单一，已经不能满足大众的不断提高的视觉口味。计算机建筑效果图既是表现的技术同时它又是视觉艺术。设计师创造出审美对象，筑物内部空间的效果，使人们能够在未来的建筑物中漫游，因而成为建筑设计方案及装修效果展示、建筑方案投标、论证、评审的有力工具。使用的软件有Creator系列三维建模工具及Vega场景管理软件。计算机建筑效果虚拟现实技术强调的是一种身临其境的感觉，采用的是人与人之间自然的交互方式。它可以实现逼真的、纯三维的场景，可以全方位、多角度、完全由用户自由控制在场景中漫游。作为建筑师可以从多个角度观察建筑方案，所以说虚拟现实技术不仅可以使用于建筑表现，而且也是一种推敲方案的有利手段。VR技术在我国的环境艺术设计领域中有着广泛的应用前景，将给环境艺术设计带来革命性的改变。
设计师创造出审美对象，要使欣赏者达到审美愉悦而不是审美疲劳。为此，根据目前我国计算机辅助环境艺术的发展情况，未来计算机建筑效果图应呈现艺术化、人情化和多样化趋势。
参考文献：
[1]邓庆尧.环境艺术设计[M].济南：山东美术出版社.
[2]张绮曼.中央工艺美术学院环境艺术设计系—室内设计的风格样式与流派[M].北京：中国建筑工业出版社.
[3]张绮受.中央工艺美术学院一环境艺术设计与理论[M].北京：中国建筑工业出版社.
[4]李小艺.环境艺术设计的新视界阅.北京：中国人民大学出版社.
[5]李砚祖.环境艺术设计.北京：中国人民大学出版社.
视觉计算理论范文篇3
九零后、设计师、艺术家，这是刘天绪最显著的三个标签。然而，要去深究刘天绪为什么开始用数学中的分形（Fractal）理论做视觉设计，这显然要从更深处挖掘。立秋之后的几天，在北京中关村创业大街的一家咖啡厅里，我见到了刘天绪。一米九的个子，高高瘦瘦的，套着纯黑T恤衫。中科院科学传播中心的工作经历让他设计师和艺术家的气质中多了一分理性。在后面的交谈中，我慢慢了解到他用数学方法进行视觉设计的原因所在。
这还要从他的成长经历说起。他的父亲毕业于清华大学应用数学系，此后继续从事这一领域的研究。这让刘天绪在小时候就认识到了数学之美，并对数学保持着浓厚的兴趣。和同时代的许多孩子一样，他也被从到少年宫学习书法和绘画。这虽然算不上什么特别的经历，但让他慢慢地走上了艺术与设计的道路，并为他最终跨进美术学院的大门埋下了伏笔。他对大学专业的选择显然和从事数学家父亲的构想南辕北辙，好在父母都很支持他自己的决定。
他真正开始接触到数学中的分形理论并把它应用于设计，正是在进入美术学院的第一年。在网络上，一段关于朱利亚集合（JuliaSet，注：一个在复平面上形成分形的点的集合）的视频吸引到了对于数学十分敏感的他。刘天绪很快意识到，分形其实是一个简单几何形的无限递归，而这正是自然间万物的外在形态。从某种意义上来说，分形似乎是大自然的形态语言。
1975年，数学家曼德勃罗（BenoitB.Mandelbrot）创立了分形学。这个学科发展至今天目前仍然十分年轻。其精髓就是把一个复杂而不规则的图形中某一局部无限放大之后，人们会发现这个局部与整体之间存在惊人的相似性。分形学创立之初，最被人乐道的一个例子就是关于英国海岸线的测量。人们发现，在用更大的比例尺对不规则的海岸线进行测量的时候，海岸线的长度也因此变得越大。在数学意义上，海岸线的形态接近于一种无限的递归。分形几何直接面对了欧几里得几何无法触碰真实的自然，而后者只能从较为抽象的层面进行测度。
根据刘天绪的介绍，不仅是视觉设计，分形还被用于建筑和环境艺术和首饰设计等方面。分形对于设计来说，提供了新的思维和新的形式。在建筑设计中，分形几何的自相似性能够让建筑的形态在不规则和秩序性的矛盾中寻求统一。日本的柄泽佑辅建筑设计事务所在s-house的设计中就抽取了分形几何中常见的形态作为建筑部分结构和立面的样式。分形理论对于首饰设计的影响更为直接。设计师可以通过计算机软件快速得到一个分形几何图形。这减少了设计师的工作量。由分形软件得到的令人耳目一新的装饰图案，体现了数学中对比与均衡的美感。在设计师赋予其质感与色彩之后，这种用分形几何得来的首饰可谓别出心裁。
几何形态的递归，让人们更清楚地发现事物整体和局部之间的呼应关系。这对于刘天绪的设计创作本身，有着方法论的指导。结合对于古代中国“俯仰往还，远近取与”灵动的观察方式，在理性中注入诗性成为他进行设计创作的一种思维。在实践中，他发现东方的诗意之美未必不能与西方的理性之思产生相通之处。
分形几何带给他的设计最直接的印记显而易见是在视觉设计的形式方面。这可以从他的设计作品中清楚地感受到。在他最早期的设计作品中，使用有规分形。通过函数的计算，设计图形的每个部分都与整体有着很高的自相似性。在形式上来看，这是一种理性且抽象的精细图案。随着对分形几何理解的更加深入，人们可以发现了分形应用于视觉设计更广阔的天地。无规分形在视觉表现上，是一种更加自由的形态。大自然的云朵、山峦、波涛都可以通过数学方法在分形几何中进行还原。这些也都成为他视觉设计的灵感。
从另一方面看刘天绪的分形设计作品。前期受到技术条件的限制，主要是一些二维的作品。后来，可以在计算机上制作三维的分形设计。甚至能够用3D打印技术尝试将设计变为实物。在这个方面，也能明显地感受到他视觉设计作品二维和三维的两个分期。出现这两个明显的分期也是由于相关技术条件的逐步成熟。这些条件不仅是指相关计算机软件与程序的研发，也包括数学和分形学理论的探索与进步。设计师应当时关注随相关领域发展的前沿，因为这些都将帮助设计掌握未来。
在采用分形理论进行设计创作的过程中，他也有很多自己的想法。分形函数和图形的复杂性创造了一种混沌，每一种公式和每一个函数的任何一点变化都会呈现出完全不同的结果。这种混沌的思维也是设计思维的一种特征。因此，采用分形理论进行设计能够让人对于背后的数学逻辑和运算法则产生深深的迷恋。对于他来说，每次想起朱利亚集合的分形图像随着参数的变化而变化，总能在心底产生一丝触动。这正是数学的奇妙魅力之所在。
在进行设计的时候，刘天绪也遇到过一些困难。首先，从理论上完全理解分形学对于一个并非从事数学研究的设计师来说，需要花费很大的精力。从中找出分形理论与设计的结合点也需要自己慢慢摸索。其次，目前在技术上远没有出现将分形应用于设计的简便方式。相关的计算机程序功能还比较单一，有时没有办法实现自己的设计构想。技术上的困难需要交给时间来解决，而设计思维和方法上的难题只能自己下功夫琢磨。
视觉计算理论范文篇4
关键词：计算机辅助环境艺术设计起源现状及发展
随着计算机软硬件的进步，计算机辅助设计逐渐成为建筑效果图表现的主流。所谓计算机辅助环境艺术设计是指设计师通过计算机技术表现设计意图，最终以图像的方式告知客户，使客户清晰地理解设计师的设计意图和创意，它是一种更为直接、有效的表现方式，通常又被人们称为计算机建筑效果图。
一、计算机辅助环境艺术设计的起源
计算机的发展及应用，使人们的生活日新月异。计算机辅助设计源于计算机图形技术的产生，计算机辅助设计的研究构想发端于1950年，但使用计算机绘图的最早记录是在1963年，美国麻省理工学院的研究人员伊凡·苏泽兰在美国计算机联合会会议上发表了名为《画板》的博士论文，从而开始了计算机辅助设计的发展历程。他从1950年开始着手开发通过图形技术来处理人与电脑交互对话的操作系统。1963年，这套以电脑主机、显示屏、光电笔和键盘为工具的图形画线系统得到实现。这套图形画线系统开发和引进了许多计算机绘图的基本思想和技术，使用户可以运用电脑画出直线、复杂曲线以及简单的标准部件。
最初CAD被解释为“计算机辅助绘图”，由于当时计算机在设计上的作用是替代传统手工绘图的一种新工具，但随着后来信息技术的飞速发展，计算机技术在各领域的广泛应用，CAD的含义也在不断变化扩展，随着20世纪70年代像素的产生、80年代三维曲面造型系统的开发等，使电脑绘图从只能用“线”这一基本绘制元素发展到可以用点、面、体进行绘制计算机图形，从而使CAD的含义也发展成现在人们比较熟知的计算机辅助设计这个概念了。1970年的威尼斯双年展首次接纳了计算机绘画作品，这也标志着新的视觉艺术形式的诞生得到了社会的承认。
我国的计算机辅助设计起源于20世纪70年代。与国外计算机辅助设计发展的轨迹相似，国内计算机辅助设计的研究与应用基本上是从各高等院校发展起来的。20世纪90年代初，随着我国现代化进程的迅速发展以及计算机的进一步普及，在环境艺术设计和创作领域，计算机技术应用的价值，逐渐得到人们的重视。
二、我国计算机辅助环境艺术设计的现状
计算机作为信息时代重要的技术工具，在环境艺术设计领域得到普遍应用。在20世纪90年代前，国内对环境艺术设计效果的表现是使用手工绘制的方法，到了20世纪90年代初期，计算机辅助设计技术开始在我国建筑业应用。计算机辅助设计技术在建筑设计表现领域以不可逆转的潮流迅速发展。尤其是到了20世纪末，计算机辅助设计逐渐成为建筑效果表现的主流。起初，设计师主要运用AutoCAD软件进行施工图的绘制，在方案阶段还以手绘为主。但随着相关专业软硬件的更新和进步，它自身的强大优势得以显示，同时对传统手绘表现产生了越来越大的冲击。
随着近十几年来我国计算机辅助环境艺术设计的发展，计算机建筑效果表现的类型己经有了很细致的划分，可以分为：计算机建筑效果图、计算机建筑漫游动画和计算机建筑效果虚拟现实。计算机建筑效果图主要是通过3DSMAX，Lightscape，Photoshop等计算机软件制作的静态的效果图。通过计算机三维软件从平面、立面数据中得到透视图，透视点位置及视点角度均可变换，然后再渲染出二维图像，这种方式是目前社会上应用最广泛的。计算机漫游动画是利用3DSMAX软件的三维动画功能，在建筑物的室内或室外的设计阶段就能以可视的、动态的方式全方位展示建筑物所处的地理环境、建筑物外貌和各种附属设施以及建筑物内部空间的效果，使人们能够在未来的建筑物中漫游，因而成为建筑设计方案及装修效果展示、建筑方案投标、论证、评审的有力工具。
三、计算机辅助环境艺术设计的发展趋势
当前，随着计算机软硬件技术的迅猛发展，计算机辅助设计在环境艺术设计领域受到了广泛的重视和应用，比如各种方案的汇报、投标以及招商广告中随处可见，从而出现了大量的绘图软件的教程以及在教学上更加重视计算机绘图软件的教学课程。人们更多的关注计算机技术，想方设法掌握各种绘图软件，在模型、材质、灯光以及各种渲染技法上花费大量的时间，而忽略了最终的效果图的艺术性。计算机辅助设计是科学与艺术以及计算机与艺术设计相结合的边缘学科。计算机辅助设计在视觉艺术创造规律、形式法则和审美方法与传统的艺术设计是相同的。所谓视觉艺术，是通过人的视觉感受而将客观内容纳入主观心灵并予以对象化呈现的艺术形态。一些美学研究者认为，从审美主体的角度来看，艺术离不开创造者和欣赏者两个方面，而这两个方面都要通过一定的感官和相应的感性物质媒介，前者创造出审美对象，后者达到审美愉悦。所以说，作为视觉艺术的计算机辅助设计作品既要真实的描绘场景，又要使欣赏者达到审美偷悦。不可否认，人们的欣赏水平在不断提高，求新、求异的视觉口味也越来越高。这源于技术的发展、审美的进步，计算机技术的发展对于社会和艺术创造产生了重大的推动作用。
在计算机辅助环境艺术设计发展的初级阶段，设计师的目标是使效果图具有真实感，能够模拟未来场景的真实效果，具有一定的实用性。目前的计算机建筑效果图的风格单一，已经不能满足大众的不断提高的视觉口味。计算机建筑效果图既是表现的技术同时它又是视觉艺术。设计师创造出审美对象，筑物内部空间的效果，使人们能够在未来的建筑物中漫游，因而成为建筑设计方案及装修效果展示、建筑方案投标、论证、评审的有力工具。使用的软件有Creator系列三维建模工具及Vega场景管理软件。计算机建筑效果虚拟现实技术强调的是一种身临其境的感觉，采用的是人与人之间自然的交互方式。它可以实现逼真的、纯三维的场景，可以全方位、多角度、完全由用户自由控制在场景中漫游。作为建筑师可以从多个角度观察建筑方案，所以说虚拟现实技术不仅可以使用于建筑表现，而且也是一种推敲方案的有利手段。VR技术在我国的环境艺术设计领域中有着广泛的应用前景，将给环境艺术设计带来革命性的改变。
设计师创造出审美对象，要使欣赏者达到审美愉悦而不是审美疲劳。为此，根据目前我国计算机辅助环境艺术的发展情况，未来计算机建筑效果图应呈现艺术化、人情化和多样化趋势。
参考文献：
[1]邓庆尧.环境艺术设计[M].济南：山东美术出版社.
[2]张绮曼.中央工艺美术学院环境艺术设计系—室内设计的风格样式与流派[M].北京：中国建筑工业出版社.
[3]张绮受.中央工艺美术学院一环境艺术设计与理论[M].北京：中国建筑工业出版社.
视觉计算理论范文篇5
关键词：计算机视觉技术；C#；；作物无损检测；软件设计
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）15-3640-03
数字农业和农业物联网技术作为现代农业最前沿的发展领域之一，是当今世界发展农业信息化，实现农业可持续发展的关键和核心技术。数字农业要求快速、实时、准确和定位化的获取植物生长信息，而农业物联网技术要求植物信息可实时动态感知，显然，传统的实验室测量分析和信息获取方法已经不能满足数字农业和农业物联网技术的发展要求。因此，研究和开发植物生命信息快速无损检测技术和传感仪器等软硬件平台已经成为现代农业承待解决的关键问题[1]。
目前，国内在作物无损检测方面的研究仪器主要是依赖进口，而相应的软件也是伴随着仪器而购买。此类软件，一般价格昂贵，而且在自主研究平台中，因为无法取得源代码而无法使用或升级，从而出现研究瓶颈。在各类无损化检测技术中，随着计算机视觉技术越来越广泛的应用，对应的软件系统的开发迫在眉睫[2]。
正是基于这样的背景，我们通过对目前应用比较广泛的C#进行研究，利用C#强大的数据处理能力和良好的用户界面开发，并结合强大的图像处理能力，进行作物实时检测软件平台的自主设计与开发。
1计算机视觉技术简介
计算机视觉也称机器视觉，是采用摄像机或者数码相机将被检测图像转化为数字信号，再采用先进的计算机软件技术对图像信号进行处理，从而得到所需要的各种目标图像特征值。并由此实现模式识别，坐标计算等功能。然后再根据其结果输出数据，发出指令，再配合执行机构完成好坏筛选，位置调整，数据统计等自动化流程。与人工视觉相比较，计算机视觉的最大的优点是快速、精确、可靠，以及数字化。
随着数字农业和农业物联网技术的发展，计算机视觉技术将越来越广泛的应用于农业生产中，而构成计算机视觉系统的软件系统是整个计算机视觉系统的灵魂。随着硬件技术的不断发展完善，计算机视觉系统其功能是否强大，可以说完全取决于软件系统的能力。
2软件系统设计
2.1C#与
C#是由微软公司开发的一种面向对象的新型编程语言，它是从C和C++中派生出来的，保留了C/C++原有的强大功能，并且继承了C/C++的灵活性。同时由于是MicroSoft公司的产品，它又同VisualBasic一样具有简单的语法结构和高效的开发能力，可以使程序员快速的编写出基于.NET平台的应用程序。
一个基于C#框架，专门为C#开发者和研究者设计和开发的，这个框架提供了丰富的类库资源，包括图像处理，神经网络，模糊系统，遗传算法，人工智能和机器人控制等领域。该框架架构合理，易于扩展，涉及多个较前沿的技术模块，为相关开发人员或科研人员的工作提供了极大的便利。本系统就是采用C#程序设计语言，通过调用该框架来实现作物无损检查系统的开发。
2.2系统设计与实现
本软件系统是在数码相机拍摄的作物图像的基础上，采用图像处理方法进行特征提取与分析，从而实现作物的无损检测。主要分为图像输入，图像预处理，特征提取，特征分析几个模块。
1）图像输入
将要分析处理的图像读取到系统中来，为后面图像处理作准备。C#提供了三个最重要的图像处理类，即Bitmap类、BitmapData类和Graphics类。三种图像处理的方法，即提取像素法、内存法和指针法。从执行效率和实现难度综合考虑，本系统的开发采用内存法。
2）图像预处理
图像预处理主要包括图像的大小调整，形态矫正，平滑和去噪等，以降低环境对拍摄照片造成的不利影响。提供了多个类，可以对图像进行平滑去噪等操作，本系统中采用了中值滤波算方法，对应中的Median类。
3）特征提取
特征提取分析，是整个系统的核心所在，需要选取合适的图像分割算法，对图像进行处理，提取目标区域，为特征分析作准备。在本系统中采用了阈值分割技术，因为这种算法相对来说比较直接并且易于实现。
采用阈值分割技术，首先，必需确定一个阈值作为图像分割的阈值，在本系统中，采用自适应阈值法，由用户在软件的操作过程中进行设定，并且可以根据需要进行调整。然后，根据这个阈值对图像进行分割，并将其转化为二值图，如图（b）所示。从图中我们可以看到二值图像中存在大量的小孔，这种太小的孔洞对我们进行图像分析没有实际意义，并且会干扰结果的正确性，因此我们需要采用腐蚀和膨胀的形态学方法来进行填充孔洞，结果如图（C）所示。最后，我们需要根据需要提取目标区，涉及到连通区域的提取问题。最后，输出结果。
4）特征分析
对图像分割结果进行分析，用于指导生产实践。我们可以对通过图像处理得到的目标区域进行分析，比如可以根据叶片颜色的变化判断叶绿素含量，进而推算出作物的营养状况，根据色素区域的大小计算出叶面积，根据不同区域的形状、大小判断病虫害等。
3实验结果及分析
软件运行后主界面如图3所示。
为验证本系统的有效性，我们通过设定不同的阈值进行图像分割，并跟photoshopcs4软件中魔棒的工具作对比，来提取图片中的目标区域。测试图片大小为800px×610px，取特征点坐标P（310，70），该点的RGB值为（29，92，0），获取目标区域的总像素和绿色分量平均值，数据如表1所示。
从上述表中我们可以看出，本软件在图像处理目标区域的提取方面，提取到的目标区域较photoshop提取的小，绿色分量平均值较photoshop更接近特征点数值，由此看出用本软件做图像分割准确性更高。
4结束语与展望
计算机视觉具有非破坏性、快速、高效、信息量大等特点，目前已在主要的农作物和经济作物的养分诊断，植物病虫害的快速检测及预警预报等方面有了广泛应用，取得了较好的效果。随着计算机视觉技术和图像处理技术的发展，计算机视觉技术将更多的应用于植物长势预测、产量估计等方面。
通过本次研究，开发了一个交互界面良好的色素分量检测系统，能对图像在RGB分量上实现阈值分割，并实现目标区域的获取分析。该文主要提倡一种软件开发的理念，所设计开发的软件的针对性较强，还存在着很多的局限和不足，要作为计算机视觉类的通用软件，系统的稳定性和功能都还有待进一步提升。
参考文献：
[1]刘飞.基于光谱和多光谱成像技术的油菜生命信息快速无损检查机理和方法研究[D].浙江：浙江大学博士学位论文，2011.
[2]朱哲燕，陈红.基于MATLAB的作物信息光谱分析平台的设计与开发[J].科技资讯，2012（16）.
[3]蒋丽华.基于计算机视觉技术的叶绿素含量检测系统[D].苏州：苏州大学硕士学位论文，2009.
[4]赵春江.C#数字图像处理算法典型实例[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[5]何勇，刘飞，聂鹏程.数字农业与农业物联网技术[J].农机论坛，2012（1）.
[6]张起丽.基于数学形态学的彩色图像处理研究[D].西安：西北大学硕士学位论文，2009
[7]冀高.基于数字图像处理的棉花群体特征提取[D].北京：北京邮电大学硕士学位论文，2007.
视觉计算理论范文1篇6
【关键词】计算机音序软件数字音频处理软件音乐教学
21世纪，计算机技术已经渗透到人类社会的各个领域，把计算机技术与高等院校专业音乐教学相结合是现代教育发展的必然趋势。教师将计算机技术作为音乐基础理论、作曲技术理论、音乐学理论教学的辅助工具，不但突破了传统教学在时间、空间上的限制，扩展了课堂音乐教学容量，而且能够提高学生的学习主观能动性，极大地促进了教学效率和效果的提升。
一、计算机技术在音乐基础理论教学中的应用
1.基本乐理
传统的基本乐理课以单纯的讲授为主要授课方式，大部分教学内容通过教师的口头讲解和书写板书能够顺利完成，但在关于音乐律制的教学与实践中，对五度相生律、平均律、纯律等，只能从理论与数字上进行讲解，各种不同律制的实际音高差异有多少，不能从听觉上进行比较。如果教师在教学过程中利用电脑音序软件的音高微调功能，便可以进行各种不同律制音阶的音响效果比较。此外，还可以把合成器键盘或者电脑音序软件调成任何一种音高关系，如民族律制、半升半降音、四分之三音等，使学生从听觉上直观地感受到不同律制下音乐在音响色彩上的差异。另外，市场上一些识谱软件、乐理测试软件也是乐理课教学的有效辅助工具。
2.视唱练耳
过去，视唱练耳课均以钢琴作为主要教学辅助工具，但由于钢琴的音律极易随着时间、温度、湿度等外在因素的改变而发生变化，音准的问题常常给教学工作带来不便；另外，长期以钢琴作为单一的音色主体、伴奏主体，导致学生的专注力下降，教学效果受到较大影响。目前，将计算机音乐制作技术和多媒体系统应用到高校视唱练耳教学中，已渐渐成为当代高校视唱练耳教师必须掌握的现代教学手段之一。教师运用电脑多媒体系统提前制作好训练内容，如不同音色的音程、和弦、旋律、节奏、伴奏，上课时通过计算机多媒体系统自动播放。由于具备了音高、节奏精确；速度、音调和示范音色可随机变化；可任意逐小节、逐句随教师意愿及学生熟练程度反复播放等优点，从而使教师在课堂上得以投入更多精力到学生中去进行近距离辅导，进而提高了课堂教学效率。目前常用的优秀教学软件有澳大利亚RISING公司研发的Auralia、美国MidiTecDenmark公司研制的EarMasterProfessional等。它们均可以在视唱练耳课的课堂教学中起到良好的辅助作用，使教学达到标准化与趣味性共存的目的。
二、计算机技术在作曲技术理论教学中的应用
1.和声
由于学生音乐素养的良莠不齐，和声谱例在大部分学生心中难以形成和声音响的听觉联想，而钢琴上弹出的和声音响也瞬间即逝，因而对于很多学生来说，学习和声就等同于做算术题，全部注意力都集中于抽象、繁琐的和声连接规则，学到最后，一些人丧失了和声学习的兴趣。为了处理和声教学中理论与实践不符、学生的听觉形象与视觉形象难以融合沟通的实际问题，教师在教学中引进了计算机电子音乐和多媒体系统，一般采用美国PassportDesigns公司开发的Encore音乐制谱软件以及英国SoftwarePartners公司的tonica和声电子教学软件。Encore具有非常直接的乐谱显示功能，利用这一特性，可在和声教学的课堂讲授中将多声部谱例与音响同步展示在学生面前，并可迅速重复演示。tonica是一款专门用来学习多声部和声的电子教学软件。它可以将教师在授课中做过的为单声部（或为低音）配和声的例题或学生课后需要做的书面习题，利用tonica软件自动编配和声功能，选择几种不同和声风格另做几次不同的和声配置，让学生真正体会不同和声风格之间的技术及听觉差异。
图1用Encore辅助和声教学
2.复调
在复调教学中，学生创作的多声部对位作品往往由于演奏困难而导致缺乏实际音响，现代教育中通常求助于计算机音序器分步录入功能。
3.配器法
配器法是研究多声部交响乐及合唱音乐作品写法，特别是研究乐团音响及音乐色彩组合的作曲理论课程。由于学生没有条件试听自己的配器作品的实际乐队音响，配器教学实践多局限于书面写作练习及钢琴试听的旧的模式当中，所以配器法的教学与实践很难取得理想效果。引入计算机音乐软件和电子合成器辅助教学后，可以把整个配器写作过程一步步真实地呈现在学生面前，让学生直接听到自己配器的音响效果。这种理论联系实际的直观教学，对学生的学习兴趣起到了很大激发的作用，取得了良好的教学与实践的效果。教学中一般可以运用美国TwelveToneSystems公司开发的专业音序软件CakewalkSonar（Version1.01）。
此外，作曲专业的学生在进行音乐创作的过程中由于受缺乏实际乐队演奏配合等诸多条件限制，通常可以选择一款拥有强大MIDI音序功能和出色数字音频功能的音乐工作站软件如德国Steinberg公司研发的Nuendo3进行辅助创作。在创作过程中，作曲者将不仅仅停留在钢琴弹奏和乐谱上，而是将乐思在第一时间变成音响，存入音序器，并可随时进行改动或选听任何一个声部或整体效果。通过计算机的辅助，作曲者可以将创作、表演、指挥、录音等环节独自一人完成，减少了中间环节。
三、计算机技术在音乐学理论教学中的应用
1.中外音乐史
今天的“史论”教学已经基本摆脱过去的“一本书”“一言堂”的授课模式，授课教师至少掌握MicrosoftPowerpoint工具制作教学幻灯片。有的教师还会进一步使用Authorware软件制作具有丰富文本、图片、媒体素材和动画设计的优秀音乐课件，使教学效果更加生动、直观、形象。
2.中国民族民间音乐和世界民族音乐
在中国民族民间音乐和世界民族音乐的教学中，通过电脑微分音制作出的范例能够使学生真实地感受到中国音乐体系、波斯阿拉伯音乐体系、欧洲音乐体系在律制上的差异。在讲解中国和世界各国民族乐器时可以在展示乐器图片的同时，借助电脑音序器中的世界民族音色插件播放各种乐器的音响。
综上所述，随着计算机技术的迅速发展，高校音乐教育的各个领域都融入了强大的科技力量，这些技术在音乐基础理论、作曲技术理论、音乐学理论甚至是音乐表演的教学中都起到积极的辅助作用。高校音乐教育必须抓住机遇，充分重视计算机多媒体技术在教学中的应用，因为它是促进高校音乐专业教学多元化质量提高的重要推动力，影响到我国音乐专业人才专业素质的提高，关系着我国高等音乐教育事业的发展。
参考文献：
[1]卢小旭.CubaseSX与Nuendo电脑音乐制作[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]唐霁虹.音乐课件制作及应用[M].北京：科学出版社，2005.
[3]张弛编.实用乐理与电脑制谱教程[M].北京：科学出版社，2006.
[4]张弛编.和声与电脑自动伴奏[M].北京：科学出版社，2006.
[5]吴建杰.百年音乐——多媒体创作经典实例[M].北京：电子工业出版社，2002.
视觉计算理论范文1篇7
1计算机视觉的概述及基本体系结构
1.1计算机视觉概述
通过使用计算机和相关设备，对生物视觉进行模拟的方式，就是计算机视觉。对采集到的图片或视频进行相应的技术处理，从而获得相应的三维信息场景，是计算机视觉的主要任务。计算机视觉是一门学问，它就如何通过计算机和照相机的运用，使人们获得被拍摄对象的数据与信息所需等问题进行研究。简单的说，就是让计算机通过人们给其安装上的“大脑”和“眼睛”，对周围环境进行感知。计算机视觉是一门综合性学科，在各个领域都有所作为，已经吸引了各个领域的研究者对其研究。同时，计算机视觉也是科学领域中一个具有重要挑战性的研究。
1.2计算机视觉领域基本体系结构
提出第一个较为完善的视觉系统框架的是Marr，他从信息处理系统角度出发，结合图像处理、心理物理学等多领域的研究成果，提出被计算机视觉工作者基本接受的计算机视觉系统框架。在此基础上，研究者们针对视觉系统框架的各个角度、各个阶段、各个功能进行分析研究，得出了计算机视觉系统的基本体系结构，如图1。
2计算机视觉在交通领域的应用
2.1牌照识别
车辆的唯一身份是车辆牌照。在检测违规车辆、稽查被盗车辆和管理停车场工作中，车辆牌照的有效识别与检测具有重要的作用和应用价值。然而在实际应用工作中，虽然车牌识别技术相对成熟，但是由于受到拍摄角度、光照、天气等因素的影响，车牌识别技术仍需改善。车牌定位技术、车牌字符识别技术和车牌字符分割技术是组成车牌识别技术的重要部分。
2.2车辆检测
目前，城市交通路口处红绿灯的间隔时间是固定不变的，但是受交通路口的位置不同、时间不同的影响，每个交通路口的交通流量也是持续变化的。此外，对于某些交通区域来说，公共资源的配备，比如交通警察、交通车辆的数量是有限的。如果能根据计算机视觉技术，对交通路口的不同时间、不同位置的交通情况进行分析计算，并对交通流量进行预测，有利于为交通警察缩短出警时间、为交通路口的红绿灯根据实际情况设置动态变化等技术提供支持。
2.3统计公交乘客人数
城市公共交通的核心内容是城市公交调度问题，一个城市如何合理的解决公交调度问题，是缓解城市运力和运量矛盾，缓解城市交通紧张的有效措施。城市公交调度问题，为公交公司与乘客的平衡利益，为公交公司的经济利益和社会效益的提高做出了巨大的贡献。由于在不同的地域、不同的时间，公交客流会存在不均衡性，高峰时段的公交乘客过多，平峰时段的公交乘客过少，造成了公交调度不均衡问题，使有限资源浪费严重。在计算机视觉智能公交系统中，自动乘客计数技术是其关键技术。自动乘客计数技术，是对乘客上下车的时间和地点自动收集的最有效的技术之一。根据其收集到的数据，从时间和地点两方面对客流分析，为城市公交调度进行合理的安排。
2.4对车道偏离程度和驾驶员工作状态判断
交通事故的发生率随着车辆数量的增加而增加。引发交通事故的重要因素之一就是驾驶员疲劳驾驶。据相关数据显示，因车道偏离导致的交通事故在40%以上。其中，驾驶员的疲劳驾驶就是导致车道偏离的主要原因。针对此种现象，为减少交通事故的发生，计算机视觉中车道偏离预警系统被研究开发并被广泛应用。针对驾驶员眨眼频率，利用计算机视觉对驾驶员面部进行图像处理和分析，再根据疲劳驾驶关注度与眨眼频率的关系，对驾驶员的工作状态进行判断。此外，根据道路识别技术，对车辆行驶状态进行检测，也是判断驾驶员工作状态的方法之一。这两种方法，是目前基于计算机视觉的基础上，检测驾驶员疲劳状态的有效方法。
2.5路面破损检测
最常见的路面损坏方式就是裂缝。利用计算机视觉，及时发现路面破损情况，并在其裂缝程度严重之前进行修补，有利于节省维护成本，也避免出现路面坍塌，车辆凹陷的情况发生。利用计算机视觉进行路面检测，相较于之前人工视觉检测相比，有效提高了视觉检测的效率，增强了自动化程度，提高了安全性，为市民的出行安全带来了更高保障。
3结论
本文从计算机视觉的概述，及计算机视觉基本体系结构，和计算机视觉在交通领域中的应用三面进行分析，可见计算机视觉在交通领域中的广泛应用，在交通领域中应用的有效性、显著性，以此可得计算机视觉在现展过程中的重要性。随着计算机视觉技术的越来越成熟，交通领域的检测管理一定会加严格，更加安全。
作者:夏栋单位:同济大学软件学院
参考文献:
[1]段里仁.智能交通系境在我国道路空通管理中的应用[J].北方工业时报,2015(06).
[2]王丰元.计算机视觉在建筑区间的应用实例分析[J].河北电力学报,2015(04).
[3]李钊称.主动测距技术在计算机数据分析中的作用探析[J].计算机应用,2015(08).
[4]马良红.三维物体影像的摄取与分析[J].中国公路学报,2014(05).
视觉计算理论范文篇8
关键词：立体视觉；运动平台；adams
一、引言
随着信息、处理、计算机技术的发展，人们对于机器能够仅仅获取以一些平面的二维视觉信息越来越不满意，人们设想借助计算机的技术，能使机器人真正能“看到”精彩的三维世界。计算机技术、视觉传感器技术、摄像技术以及立体视觉理论的发展，利用视觉传感器来获取环境图像，并用计算机实现对视觉信息的处理，从而形成立体视觉，逐渐使这一设想变成现实[1-4]。本文采用了目前国内外进行机电一体化系统设计时最常用的虚拟样机技术，基于3d数字化设计平台ug，采用赫尔姆霍茨模型作为参考设计了一种新型的具有三自由度的双目立体视觉运动平台，如图1所示。
二、运动学仿真验证立体视觉运动平台的运动空间范围
运动学仿真的目的是为了验证立体视觉运动平台动力模型建模的合理性，检查运动自由度范围是否达到设计指标中要求的“眼睛”左右偏航运动空间范围（±60o）、“头部”俯仰运动空间范围（±45o）。同时通过运动学仿真，还可以检查视觉运动平台动力模型各个部件的之间有没有产生运动碰撞干涉。本文采用机械系统动力学自动分析软件adams对运动平台进行运动仿真分析[5]。
经过运行运动学仿真，可以得知各个自由度的运动空间范围如下：
（一）左偏航极限±60度、右偏航极限±60度、俯仰极限±45度位置，如图2所示
（三）没有发生偏航运动，仰视极限负45度位置，如图4所示
偏航和俯仰运动各个自由度运动范围曲线图如图5，图6，图7所示。从上面各个极限位置、偏航和俯仰运动各个自由度运动空间范围曲线图可以观察到部件之间没有产生运动碰撞干涉现象，各个自由度的运动空间范围达到了设计的要求，从仿真结果也可以看出本运动平台运动空间范围广，验证了本视觉运动平台达到了运动功能的要求，说明本立体视觉运动平台的机械系统结构设计是合理的，这为一般机器人立体视觉运动平台的机械结构设计提供实用的改进和参考依据。
三、驱动电机的输入扭矩分析
要验证选择的驱动电机的输入扭矩是否够，那么要测量俯仰电机和偏航电机的扭矩。在立体视觉运动平台中，电机主要是要克服转动过程中转动头和摄像机等运动部件的负载转矩。运动部件的负载扭矩在adams中通过测量扭矩的方式测量出来，如下图8，图9分别是偏航电机和俯仰电机的负载扭矩。
通过图8和图9，可以知道偏航和俯仰电机的负载是时间连续曲线。当偏航或俯仰运动到极限点时，驱动电机要进行变向运行，负载扭矩的方向也发生变化而出现突变拐点，拐点的值便是负载扭矩最大值，可以得知选择的电机的扭矩是足够的。仿真结果对双目立体视觉运动平台的控制系统的性能定性分析提供了一种评价手段。
四、结论
仿真的结果验证了视觉运动平台的俯仰和左右偏航自由度的运动空间范围符合设计要求。根据仿真结果可以看出本运动平台运动空间范围广，验证了本视觉运动平台达到了运动功能的要求，说明本立体视觉运动平台的机械机构设计是合理的，这为一般机器人立体视觉运动平台的机械系统结构设计提供实用的改进和参考依据。
并通过仿真求解出俯仰电机和左右偏航电机的负载扭矩曲线，仿真结果对双目立体视觉运动平台的控制系统的性能定性分析提供了一种评价手段。
参考文献：
[1]唐新星.具有立体视觉的工程机器人自主作业控制技术研究[j].吉林大学博士论文,2007,(12):10-11.
[2]贾云得.机器视觉[m].北京:科学出版社,2000,(4):1-10.
[3]朱正德.零部件表面缺陷的机器视觉检测模[j].mc现代零部件,2005,(9):68.
视觉计算理论范文篇9
【关键词】艺术教育视觉与世界功能新说
一、视觉与世界——关于认知的基础
我国上世纪出版的占思想主导地位的文艺理论或艺术概论在谈到艺术的功能时，通常以艺术有“认识作用”“教育作用”“审美作用”论述，反映了人们对“真”“善”“美”的理解。但随着时代的前进，艺术的功能似应有“创造作用”这第四大功能。
从哲学角度讲，艺术的认识功能其本质意义是为人类的认识史、实践史提供了丰富的物质考量和实物例证。同时，也在实质意义上有了人类的文化传承。这是我们从艺术审美客体的作用来论述的，它是一种已知的，可视的客观物质反映。
而现在我们从审美主体方面看，艺术的认知作用应是：以人类受过美术训练的眼睛审视世界、进行艺术批评（包括鉴赏）和精神探索。更重要的是培养一双审美的眼睛，能敏锐地、准确地（符合客观真实地）观察世界、发现世界、创造世界——创造未知的形态。人类对认知首先来自于感知，人类对时间和空间的认知、对精神和物质的理解，是通过人身体的触觉、嗅觉、视觉、听觉、味觉等诸感官来感知的。人类至美的享受、最深刻的教育和生活的不竭动力首先来自人类的文化——艺术。人类的想象力、感受力是认知的基础，眼睛是认识人类世界真实面貌的第一感觉器官。
人类眼睛的功能实在太重要了。人们认知宇宙和太空、时间和空间、地球的物质世界全赖于眼睛“看”的生理功能。没有正常的视觉和观察就没有正常的物象概念和空间概念，也就没有健全的、完整的思维。从另一方面讲，没有客观事物的形态，也就无从感知、无物可感。如：“这是人”“这是狗”“这是矿石”……世界有万物就有万象，千差万别，各有形态。这里一方面是人的主观精神——以眼睛为生理器官，以视觉为核心的精神感觉器官对万物的感知，形成概念和思维；另一方面是由自然界各种形态组成的客观世界。而美术是一门研究世界形态的视觉艺术，宇宙万物与社会百态均是艺术表现的对象和题材。人类的认识史以伦理、宗教、艺术、科学为掌握世界的四大领域，人类的文化史还告诉我们没有艺术（艺术品）的认知就没有历史的认知、没有宗教的认知、也就没哲学的思维和科学的联想。
二、左脑与右脑——关于人类智能的超越
美国加洲大学艺术系教授贝蒂?爱德华女士，是该校“智能与教育研究中心”的主持人。贝蒂在上世纪70年代末起研究素描图像与智能的关系。2004年，我国引进了贝蒂的新作《像艺术家一样思考之二》。贝蒂?艾德华在她的学术著作中，剖析了思维与创造力的关系。她认为思维有左和右两种模式。以L模式和R模式替代。L模式是以线性、逻辑性、以语言为基础的思维；R模式是针对视觉、空间、相互关系的思维。该理论通过她长期的素描（绘画的基础）教学实验、大量学生作业分析测试得以证实，不管有无绘画基础、不管性格如何，每个通过测试的学生用绘画表达各种的思维概念和主题（如“热情”“能量”“爆炸”“喜悦”“沮丧”“温柔”等），他们的图像表达几乎是基本一致的。这证明了语言与图像在传递信息时、进行思维时是具有同一性的。贝蒂认为：以语言为工具的逻辑思维与以图像为信息的形象思维是可以互相“切换”、协同工作的。
当代科学研究已经证明，人类大脑智能研究虽极为复杂，但在揭示左右脑功能的理论已基本定论。该理论认为左脑负责词汇性、逻辑性和分析性思维；它喜欢命名分类，它擅长简化符号，阅读写作和计算。而右脑喜欢清晰、连续、形象性思维；对大多数人而言，大脑的右半球按照非词汇性工作，右脑专门处理视觉、空间和感知信息，它善于处理非线性的、含糊的，复杂的、充满矛盾的事物和信息，尤其是复杂的图像、视觉感知工作。
长期以来人们始终认为左脑是主要的，右脑是次要的。贝蒂?爱德华在《像艺术家一样思考之二》中论述：“一般而言”R模式是两种模式中被摆在后面的模式，它还是两种认知模式中较为难以捉模和达到的模式。语言似乎远远胜过了非词汇性的大脑，以至于人们永远无休止地思考和争论着那个古老的问题：“没有词汇的思绪存在吗？”罗杰?斯贝瑞（发现左右脑理论诺贝尔获得者）的研究终于平息了这场争论，他的回答“是的，它存在”。但是，感观认知是一种完全不同类型的思考，由于词汇系统不知道如何描述它那沉默的伙伴，R模式一直被保持在日常的、词汇性的意识之外，甚至对于像高速驾驶这种类型的，需要R模式的空间感知和处理的日常活动也不例外。
在《新素描》一书中，贝蒂提出了“使思维视觉化”的重要观点。在世界发明史上，许多有创意的想法都是从小草图开始的。达?芬奇、杰弗逊、法拉第和爱迪生等都概莫能外。伟大的发明必从草图开始，然后才能有设计工程图、平面图、透视图、结构图、效果图，才能做成产品。右脑的重要性怎么估计都不会过分。甚至在视觉工作者（画家、建筑师、雕塑家、设计师、工艺师、摄影师）眼中，形象与图形大于语言，语言的视觉物质外壳——文字也是一种抽象的图像。因为只要有语言“外壳”（视觉外化）就会有各种文字、数字呈现其视觉形态，各种形状粗细变化的艺术字体也成了设计师的重要设计对象。
视觉计算理论范文篇10
关键词：计算机视觉技术铁路检测应用
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1007-3973（2012）002-075-03
1前言
自1825年世界第一条铁路在英国出现以来，铁路已经成为人们不可或缺的交通工具，越来越多的人在使用铁路出行，由于近年来铁路事故频频发生，促使了计算机视觉技术在铁路检测上的广泛使用并大力发展。
传统的铁路检测一直是靠人工和静态检测，这种检测缺乏实时性和准确性，并且效率低下，根本无法满足铁路的发展。这就要求研究一种新的检测方法来适应环境的发展，人们就试图将计算机视觉技术应用于铁路检测上，并取得了很好的效果。将计算机视觉技术应用在铁路检测上显著提高了铁路检测的实时性、准确性，有效的减轻了人工检测中工作条件恶劣，工作量大等缺点。它能在列车行驶的过程中就能对铁路和列车状况进行检测，并及时的做出预警，防止安全事故的发生。目前有关铁路检测主要集中在铁路信号检测、轨道检测、接触网检测、电力机车检测及站台环境监测等五个方面。
2计算机视觉技术
计算机视觉，也称机器视觉。它是利用一个代替人眼的图像传感器获取物体的图像，将图像转换成数字图像，并利用计算机模拟人的判别准则去理解和识别图像，达到分析图像和作出结论的目的。
计算机视觉是多学科的交叉和结合，涉及到数学、光学、人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、图像理解、模式识别等多个领域。计算机视觉已有多年的发展历程。随着计算机、控制理论、模式识别、人工智能和生物技术的发展，计算机视觉在机器人、工业检测、物体识别的应用越来越广，研究方向也从二维到三维，从串行到并行，从直接依赖于输入信号的低层处理到依赖于特征、结构、关系和知识的高层处理。
一般的计算机视觉系统是有CCD(电荷耦合器件)摄像机、装备有图像采集板的计算机、光照系统以及专用图像处理软件等组成。CCD摄像机将所要研究的对象和背景以图像的形式记录下来，这其实是一个光电传感器，将光学信号转成电信号，图像采集板把采集的电信号转为数字信号，即数字化，一般情况下在摄取图像时都需要一个照明系统提供光照，然后再用专用的图像处理软件对图像进行处理，输出分析结果。
3计算机视觉技术在铁路信号中的应用
铁路信号灯和现在的交通公路上的红绿灯是一个功能，但铁路和公路不同，铁路有限定的道路，列车必须在限定的股道上行驶，所以一旦与其他车辆相遇的话根本没有办法避让，如果发生车祸将会对国家和人民的生命和财产造成严重的损失，因此列车必须严格按照信号灯的指示行驶。
铁路信号灯识别主要是利用了信号灯在不同情况下会发出特定色彩光的特点。文献[1]在HSV空间中对S分量图像边缘检测和膨胀等，结合各种信号灯色调H分量的取值范围得到信号灯区域，然后多次腐蚀直到消除孤立点得到信号灯的边缘，最后填充信号灯区域，从而实现了信号灯的识别。在文献[2]也与此类似。文献[3]将彩色图像由RGB模式转化为HSI模式，用彩色特征聚类分析法来对图像进行分割，文中提出了基于颜色和形状相结合的复杂环境中目标检测与识别方法，用Hough变化来提取目标边界，从而提取出特定目标，而后得到指示灯区域所有像素的H，S统计值确定信号灯的颜色。在文献[4]提出一种基于改进的Hough变化的吊车信号灯识别算法。Roberto将摄取的图片转换到HIS颜色空间，用基于形状特征和模板匹配的方法探测到相关的铁路标志而放弃无关的基础设施。
为了部分消除因为光照条件、背景和拍摄角度对目标识别的影响，文献[5]提出使用一种利用sift特征的方法，它首先建立已知样本模型的特征集，然后将视频流每帧灰度图像的sift特征与之比较，从而实现对目标的检测或跟踪。实验表明该方法不仅能避免目标的错误识别，而且也明显优于基于边缘检测的算法，在识别准确率上达到了90%。
4计算机视觉技术在轨道检测中的应用
随着世界铁路运营速度的不断提高，列车在行驶时对轨道的撞击、摩擦加剧，这就会造成轨道的变形、零件松动、磨损乃至缺失等，这些都会对列车的安全性造成严重影响，极有可能会造成铁路安全事故的发生。因此轨道设备具备良好的状态是铁路运输安全的重要保证。
随着电子技术和检测技术的发展，轨道检测技术也经历了翻天覆地的变化，其中也有不少研究机构将计算机视觉技术应用于轨道检测上，且取得了若干有效的检测方法。
轨道表面缺陷对列车行驶的质量和铁路系统的安全性会造成严重的影响，文献[7]提出了一种轨道表面缺陷检测的实时视觉检测系统。利用跟踪提取算法分割出轨道的灰度图像，然后用局部归一化法增强轨道图像的对比度，最后用基于投影轮廓的缺陷定位法检测缺陷。该算法对噪声有较强的鲁棒性和计算速度快，在一定程度上克服了光照不均和轨道表面反射性质不同对图像的影响，但对局部归一化过程中参数的选择有待进一步研究，以使该系统有更强的鲁棒性。该系统在216km/h速度下能进行实时检测，但随着检测速度的提高检测的准确度会明显下降且缺乏实时性。
文献[8]利用一排结构光视觉传感器，将钢轨轮廓的大圆周和小圆周的中心作为检查点。首先结构光视觉传感器拍摄铁轨侧面并且将其标记在参考坐标帧中，最后通过比较测量的钢轨轮廓与参考轮廓的比较计算出铁轨磨损程度。该方法简单快速精确且不需要特殊的图像处理设备，在列车较高速度时仍然能达到良好效果。
5计算机视觉技术在接触网检测中的应用
接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。它是轨道交通的主要组成部分，主要为机车提供动力，接触网的连接件由于受外界因素的影响容易产生过热现象，严重时会导致供电中断，引发列车停运事故。
我国的计算机视觉技术的接触网检测系统是基于德国相关技术而建立起来的，目前基于计算机视觉技术的接触网磨耗检测主要有两种方案：(1)基于镜面反射，激光照射接触线，线性CCD照相机捕获反射图像；(2)基于漫反射原理和CMOS(互补金属氧化物半导体)照相机。由于长期的频繁摩擦，接触网与受电弓接触部分很少被空气氧化，所以用光进行照射时该部分光反射率明显高于其他部分，因此这也为计算机视觉技术用于接触网检测提供了可能。
基于机器视觉的接触网检测系统主要是建立在图像识别和图像处理等视觉技术基础之上的，检测的内容涵盖接触网的所有基本几何参数。随着铁路的发展，原有的检测系统已经暴露出了一些问题，已无法满足需求，所以研究人员在系统硬件设备不变的情况下提出了许多改进的算法，如文献[9]针对现行的接触网定位器倾斜度检测方法效率低下、精确度不高的缺点，提出了一种基于计算机视觉的接触网定位器倾斜度自动测量装置，应用图像分割、剔除干扰线、图像细化等算法，对采集的图像进行处理，然后利用改进的霍夫(Hough)变换检测细化后的图像，对相邻的特征像素点进行聚类并感知编组，最后用随机Hough变换使感知编组后的每条线段更接近直线，进而计算装置中定位器的倾斜度，实验证明该算法精度高、速度快。
6计算机视觉技术在电力机车检测中的应用
在列车的行进过程中，机车车轮与钢轨接触面不断发生摩擦，也就是轮缘与踏面的摩擦。从而会造成踏面的擦伤或剥离，而剥离会严重影响列车运行的安全性和平稳性以及轨道设施的使用寿命，因此需要对轮缘进行定期的检测和维修。
传统的检测方法需要人工逐项检测，存在费时费力、工作量大、工作环境差、效率低等缺点，所以人们就提出了一种基于计算机视觉技术的检测技术，该技术是一种非接触式检测方法，它能检测出所有关于火车轮缘轮廓的几何参数，从而计算出火车轮缘的磨损情况。这种检测方法检测速度快、准确率高且大大减轻了劳动强度，在实验中取得了满意的效果，并且在实际检测中也得到了广泛的应用。
文献[10]中研发设计了一种利用CCD成像测量技术、图像处理理论和计算机控制等相关技术，提出了一种非接触式的在线测量系统。采用二元多项式方法对由于硬件装置引起的误差的图像进行几何校正，用统计均值法对图像进行分割，从而求出车轮踏面的各项参数，通过在实验室对标准物进行测试实验而得到的测量数据结果进行分析而得出。此系统能够完成对火车轮对几何参数的测量，并且可得到相对准确的测量结果。
为了解决检测轮缘高度和宽度存在精度难以保证及稳定性不高的问题，文献[11]提出了一种基于三角法测量的在线监测系统，该系统由CCD高速摄像机和结构光发射器完成数据的采集，然后利用三角测量原理导出测量模型和计算模型，根据轮缘高度和宽度的定义完成对高度和宽度的测量，最终对轮缘磨损程度进行量化，实验表明该算法测量精度高，结果稳定可靠。
7计算机视觉技术在站台环境监测中的应用
近年来铁路交通事业发展迅速，铁路客流量也不断增大，如中国每年的春运期间都有上亿人次通过火车返乡，各种危害乘客安全的事故也时有发生，因此世界各国特别是中国站台监控就显得越来越重要，目前的站台监控主要是依靠安装在各个角落的闭路电视或专业技术人员，这不仅需要专业技术知识还需要大量的人力物力。随着计算机、图像处理等技术的快速发展，对站台的自动监控也逐渐成为发展趋势。
近年来人们做了许多关于站台人群检测的研究，这些研究大都使用铁路站台中的闭路电视（CCTV）系统，在现代的CCTV系统中基本上使用的是数字化图像，在人群监测过程中大量使用了数字图像处理技术，如边缘检测、细化、像素计算等，通过图像的处理可以轻易的得到想要的结果。
文献[12]仍采用原有的CCTV监控系统拍摄的灰度图像作为处理对象，利用基于视觉的经过最小二乘法和全局搜索的混合算法训练的工业的额神经网络来估算站台的拥挤程度，该系统在实际的运行中获得了较高的精确度，虽然不能计算人数但却能实时的预测人群的密度。
文献[13]所设计的系统就较为复杂，它利用多台摄像头对站台进行检测。首先判断站台上列车的四种状态，如：没有列车、有列车、列车正在出站、列车正在入站等，然后对物体或行人检测及跟踪，最后对所检测的结果综合分析，做出合理的预警或警告。
8计算机视觉技术在铁路检测上的发展趋势
随着计算机视觉技术的铁路检测中的应用越来越广泛和深入，并且随着计算机视觉技术等关键技术的不断发展，计算机视觉技术在铁路检测上应用发挥更大的作用，它就目前而言在铁路检测的应用上仍然存在技术难题需要研究：
视觉计算理论范文
计算机平面设计在社会生活中逐渐具有举足轻重的作用，为了提升其视觉体验效果，不断的发挥色彩语言在其中的重要作用自然无可厚非，因此色彩语言目前已经成为计算机平面设计中的主要角色。可以在应用层面把色彩语言与计算机平面设计两者之间的关系划分为以下两个方面。其一，色彩语言是计算机平面设计中的重要陪衬，例如色彩语言中的一些元素能够直接应用于视频、图像、文字等之中，从而使整个平面设计作品在色彩语言的衬托下展示了更好的视觉效果，达到了商品在审美与实用两个方面相互增值的效果，最终让产品能够被更多的消费者认可与理解；其二，计算机平面设计能够在过程中实现色彩语言的优化与完善。计算机平面设计的过程也是对色彩进行优化使用的过程，其能够让色彩变得更新颖，更高层次发挥色彩的吸引力与感染力，从而实现产品设计的外观与实用性相统一的作用。
二、色彩语言在平面设计中的应用探讨
以平面设计为基础的计算机平面设计被广泛的应用在企业的形象展示设计、产品包装设计、商业广告设计等各个方面。这种以文字、图像等形式作为传播载体的功能设计，能够很直接的传递一个理念以及与企业或产品有直接关系的信息和文化。曾经色彩被简单的当作文字或图形的附属品来使用，后来市场不断提高的竞争力，使得色彩语言成为平面设计方面的有利武器。接着色彩语言就成为了能够很好表现产品或企业个性的主要方式，并在不断的使用过程中占据了设计作品中的主要元素。
三、色彩语言在计算机平面设计中更深意义上的应用
3.1色彩语言在计算机平面设计中的情感应用
色彩作为平面设计作品中画面渲染的主要元素，本来不具备情感特征，只是一种物理的视觉表象，然而将它融入在我们的生活当中时就会引起我们的情感共鸣从而产生情感作用，进而实现平面设计效果上的升级，因此色彩语言能够为平面设计作品的情感表达加分。利用色彩在冷暖感觉上的作用搭配进行色彩选择，能够很好的把产品的实物特征展现给消费者。利用色彩的收缩与膨胀特征加以科学的调配与叠加，能够大大提升设计画面的视觉效果，另外还可以降低长时间的观察给人们带来的视觉疲劳的可能性。如果在设计画面中添加部分带有沉静感的色彩元素，就能够让人的心理变得比较愉悦进而让别人更好接受作品的设计目的，而且各种不同的情感都可以根据不同的色彩进行表达。
3.2色彩语言在计算机平面设计应用中加强效果探讨
通过上文中的相关论述和分析，知道了色彩语言在计算机平面设计中的重要位置，不但是更高层次的展示产品实用性与美观性的关键，而且能够实现消费者情感共鸣的效果，为了提升其在计算机平面实际上的适用范围，我们需要探讨其在计算机平面设计应用中的加强效果。根据不同色彩语言能够通过平面设计作品给人们带来不同视觉体验及情感表达效果的差异性作用，就能够更多掌握色彩语言的灵活性，实现更强的设计效果。为了更巧妙的挖掘出色彩语言在计算机平面设计中的作用，还可以从色彩语言的基础表达和它的含义特征着手，以此来不断提升其在产品设计理念和思路方面的能力，更加直接的给消费者展示商品的基本性能。首先能够通过对设计图最简单的色调调和与选择开始，进而体现商品的冷暖感觉，比较的直接的将商品的实际特征表达给消费者；其次，利用色彩的收缩效果和膨胀效果两个方面的搭配与变化应用于平面设计之中，实现设计画面视觉效果的整体提升，避免短时间内甚至长时间带来的视觉疲劳；再次，就是将沉静感的色彩当作重点，利用能够引起人们心里变化的色彩展示出不一样的表达效果，那么就可以将情感表达的复杂度和深刻度扩大，实现不同的设计体验。因此，色彩语言能够给计算机平面设计带来无限的视觉遐想。
四、总结
本文首先探讨了色彩语言与计算机平面设计两者间的关系，论述了色彩语言在计算机平面设计应用中的重要性，又通过视觉感觉得出了色彩语言能够为平面设计增加情感特征的结论，分析了色彩语言在计算机平面设计应用方面的策略，希望为计算机平面设计在产品设计的表达上呈现出其最初的价值，即实现产品销售的经济意义。
作者:温金辉单位:港口理工学校
参考文献：
视觉计算理论范文篇12
图像处理、图像分析、机器视觉和计算机视觉是彼此紧密关联的学科，其特点均具有很强的理论性和实践性。如果在教学中不重视实践教学或实践教学手段不力，都不利于学生创新能力和动手能力的培养。高校教师应重视理论教学的同时，更要重视实践教学，关键是要找到强有力的教学方式和教学手段，找到恰当的图像处理软件。Matlab科学计算软件具有丰富的图像处理工具箱[1-2]，目前被广泛1应用于图像处理的教学中。但是，机器视觉课程具有很强的理论和实践性，一些功能齐全的机器视觉软件，如Halcon和OpenCV等软件的出现，为提高这些课程的实践教学效果提供了新的手段。本文将探讨如何应用Halcon软件改进实验教学方式和手段，并结合实例说明Halcon在机器视觉等课程教学中的应用。
1机器视觉硬件系统概述
机器视觉系统[3]是基于机器视觉技术为机器或自动化生产线建立的一套视觉系统，图1为实验用机器视觉系统，包含摄像机、照明光源、镜头、图像采集卡和计算机组成。
2Halcon概述
Halcon软件是德国MVtec公司开发的一套完善的标准的机器视觉算法包[4]，是得到广泛应用的机器视觉集成开发环境，提供了1100多种具备突出性能控制器的库，如图像的运算、图像的几何与数学变换、滤波、色彩分析、Blob分析、形态学计算分析、3D校正等。Halcon软件保障与硬件无关，支持大多数图像采集卡及带有Directshow和IEEE1394驱动的采集设备。
Halcon软件包含一个功能强大的交互式软件接口HDevelop，提供一个通用的浏览界面，访问不同的图像采集设备，支持Windows、Linux和Solaris运行环境，为用户搭建了快速有效的图像处理程序开发平台。它甚至可以从图像采集设备中实时捕捉图像。HDevelop拥有很多数据和图像检查的图形工具。它的图形用户界面支持多种显子语言。HDevelop具备语法检查，语法凸现，函数参数的合适取值，后续操作和替代算子建议，程序调试，完整的在线帮助等功能。Halcon软件还可以导出以C++、C#、C、VisualBasic或者VB.NET程序，以嵌入到其他程序中。
3实验教学应用实例
在机器视觉等课程的理论教学中，我们的教学目的是让学生掌握相关的理论知识，在机器视觉等课程的实验教学阶段，我们更要培养学生的算法编程能力和实践应用能力。利用Halcon软件的高度交互式编程环境HDevelop，能编译和测试视觉处理算法，可以方便查看处理结果。再者，Halcon软件自带许多图像处理与机器视觉的相关案例，涵盖了图像处理与机器视觉基础知识的大部分内容[4]。我们在教授学生理论知识的同时，结合案例的讲解，使学生在掌握理论的同时熟悉实践过程，进而培养学生的编程实现能力。因此选择Halcon软件作为教学软件，成为培养学生图像处理和视觉处理算法编程能力和实践能力的又一重要手段。由于篇幅限制，这里仅以利用Blob分析算法实现车牌识别的实例来说明Halcon软件在机器视觉与数字图像处理等课程教学中的应用。
Blob分析算法实现车牌定位识别程序如下：
read_image（Image，'lisence'）
fill_interlace（Image，ImageFilled，'odd'）
threshold（ImageFilled，Region，0，90）
connection（Region，ConnectedRegions）
select_shape（ConnectedRegions，SelectedRegions，'width'，'and'，30，70）
select_shape（SelectedRegions，Letters，'height'，'and'，60，110）
sort_region（Letters，SortRegions，'upper_left'，'true'，'column'）
read_ocr_class_mlp（'Industrial_0-9A-Z.omc'，OCRHandle）
do_ocr_multi_class_mlp（SortRegions，ImageFilled，OCRHandle，Class，Confidence）
area_center（SortRegions，Area，Row，Column）
disp_message（3600，['Theresultis：']，'window'，200，150，'yellow'，'false'）
forIndex：=0to6by1
disp_message（3600，Class[Index]，'window'，200，300+20*Index，'yellow'，'false'）endfor
上面程序中，利用read_image算子读入要识别的车牌图像，命名为Image，如图2所示；通过fill_interlace算子修改在采集图像过程中造成的两个半幅图像拼接的问题。接着，用threshold算子对图像进行阈值分割处理，分割出含有车牌的图像区域，灰度阈值范围为0～90；接着用connection算子将选择出来的区域进行相联，形成相连区域ConnectedRegions，如图3所示。处理后的图像除了车牌区域使我们的感兴趣区域外，其他的都为干扰区域，于是用算子select_shape通过限定width和height将车牌区域选择出来，如图4所示。车牌区域共有7个，从左至右排序后，利用现有Industrial_0～9A～Z字符库对车牌7个部分进行识别，用到算子do_ocr_multi_class_mlp。识别之后，利用for循环将结果用浅黄色字体显示在窗口中，实验结果如图5所示。
从上面的车牌识别实例可以看出，HDevelop交互编程环境中的函数概念清楚，用法明了，应用简单。由于每一个HDevelop算子的各个参数都可以在编程过程中及时调整和编辑，这样我们在实验过程中对程序进行单步调试，讲解重要算子的选择、调试和参数编辑，让同学们看到算法运行的每一个步骤，这样同学们就能很快掌握相关知识点。Halcon具备可实时查看图像属性的交互对话框，来查看程序中的参数设置，灰度直方图，特征值柱状图，放大镜和特征检测等。随着学生对HDevelop编写算法的掌握，后续的教学部分可以从HDevelop导出算法代码并集成到应用程序中，例如生成用户界面等，这样同学们就可以开发机器视觉程序，添加用户界面，集成调试生成可执行的应用程序。
