本專輯背景

• 目的：系統(tǒng)性整理和復(fù)習(xí)一下計(jì)算機(jī)視覺的基本原理和發(fā)展歷程。

• 行動(dòng)：內(nèi)容主要是斯坦福的CS131課程（CS131 Computer Vision: Foundations and Applications），北郵的魯鵬有講授該課程。但是，上述兩個(gè)資料在自學(xué)過程中，還是遇到了很多疑問，所以，這個(gè)專欄筆記中，會(huì)加上自己額外搜集（包括部分chatGPT的解釋）和整理的資料和理解作為補(bǔ)充。

• 主要研究資料：

1. CS131官網(wǎng)：http://vision.stanford.edu/teaching/cs131_fall2223/

2. 計(jì)算機(jī)視覺（本科） 北京郵電大學(xué) 魯鵬：https://www.bilibili.com/video/BV1nz4y197Qv/

3. chatGPT等對某專業(yè)術(shù)語的解釋。

CS131課程的知識大綱如下：

開始正文：

本節(jié)知識點(diǎn)

1. 計(jì)算機(jī)視覺起源

2. 人類視覺系統(tǒng)

3. 色彩物理學(xué)

4. 圖像在計(jì)算機(jī)中表示方法

5. 顏色空間

1 計(jì)算機(jī)視覺起源：

計(jì)算機(jī)視覺的起源可以追溯到1966年麻省理工學(xué)院的本科暑期項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為計(jì)算機(jī)視覺可以在一個(gè)夏天解決。

2 人類視覺系統(tǒng)

人眼雖然能夠迅速理解圖像主題，但是容易忽視“不重要”的細(xì)節(jié)改變，比如如下兩幅圖，你能快速發(fā)現(xiàn)兩者的差異嗎？

此外，人眼容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的判定。如下，A和B區(qū)域的顏色看上去是不是“肯定”不一樣？

實(shí)際上是一模一樣：

3 色彩物理學(xué)

電磁波：

• 從科學(xué)的角度來說，電磁波是能量的一種，屬于一種波，就像機(jī)械波，引力波和物質(zhì)波（概率波）一樣，凡是高于絕對零度的物體，都會(huì)釋出電磁波，且溫度越高，放出的電磁波頻率就越高，波長就越短，這種電磁波稱之為黑體輻射。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣，除光波外，人們也看不見無處不在的其他電磁波。

• 電磁波如何產(chǎn)生的？：

• 基本粒子間帶電粒子周圍存在電場，運(yùn)動(dòng)的電場形成磁場，運(yùn)動(dòng)的磁場又轉(zhuǎn)化為電場，互相轉(zhuǎn)化的電磁場以光速向外傳播，形成電磁波。

• 比如：電子繞原子核高速旋轉(zhuǎn)，就會(huì)輻射電磁波，就是光譜輻射。電子在電感電容回路中受變化電場作用而不停震蕩，就會(huì)對外輻射無線電波。電子束撞擊金屬表面，就會(huì)產(chǎn)生X射線。以上的可見光譜、無線電波、X射線都是電磁波，都是電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化造成的。更廣泛的說，電磁波是空間位移電荷變化而產(chǎn)生的。

可見光：

• 可見光（visible light）指的是電磁波的一部分。電磁波根據(jù)其波長不同可以劃分為不同波段，一般而言波長在 380 ~ 700 nm 之間的波段被稱為可見光，因?yàn)檫@一波段的電磁波可以被人類的眼睛以光的形式接收。不同人類個(gè)體接收可見光的波長范圍可能略有差異，但基本上在上述波長范圍附近。

為什么這一波段的電磁波能被人“看見”：

• 簡單說，就是人眼中的視黃醛分子（一個(gè)維生素 A 分子氧化后得到），在可見光照射下，會(huì)導(dǎo)致視黃醛輔基從視蛋白上脫離，后續(xù)一系列反應(yīng)產(chǎn)生神經(jīng)電信號，通過視神經(jīng)傳入大腦，讓我們產(chǎn)生了視覺。

什么是顏色？

• 顏色是環(huán)境中物理光與我們視覺系統(tǒng)之間相互作用的結(jié)果。顏色不是光的物理屬性。我們的視覺體驗(yàn)是心理屬性。

4 圖像在計(jì)算機(jī)中的表示方法

如下是圖像的一種表示方法：左邊是一張灰度圖，右邊是一個(gè)2維矩陣，二維矩陣的取值范圍為[0, 255]中的整數(shù)，代表灰度值的強(qiáng)度。

如果要計(jì)算機(jī)屏幕顯示一張彩色圖像，那么根據(jù)光學(xué)成像原理，通過R,G,B三種顏色光疊加即可，所以，一張彩色圖像可以用一個(gè)3維矩陣表示，如下：

5 顏色空間

顏色空間：是用來描述和表示圖像顏色的數(shù)學(xué)模型。在計(jì)算機(jī)視覺和數(shù)字圖像處理中，顏色空間是非常重要的概念，因?yàn)樗鼈冊试S我們將圖像顏色轉(zhuǎn)換為不同的表示形式，從而使圖像處理更加靈活和有效。

顏色空間有很多種，舉2個(gè)常用的顏色空間如下：

• （1）RGB顏色空間：RGB是最常見的顏色空間之一，它使用紅色、綠色和藍(lán)色三個(gè)顏色通道來描述顏色。在這個(gè)空間中，每個(gè)像素由三個(gè)分量值來表示，分別代表紅色、綠色和藍(lán)色分量的亮度。

• （2）HSV顏色空間：HSV顏色空間（色相、飽和度、亮度）使用色相、飽和度和亮度三個(gè)參數(shù)來描述顏色。Hue色調(diào), Saturation飽和, Value明暗度，是根據(jù)顏色的直觀特性由A. R. Smith在1978年創(chuàng)建的一種顏色空間。旨在反映更傳統(tǒng)和直觀的混色模型（例如油漆混合）。

• 色調(diào)（H）：色相表示顏色的基本色調(diào)。角度度量，取值范圍為0°～360°。

• 飽和度（S）：飽和度表示顏色的純度。通常取值范圍為0%～100%，值越大，顏色越飽和。

• 亮度（V）：亮度表示顏色的亮度，通常取值范圍為0%（黑）到100%（白）。