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設備與工具從前局限于計算機科學研究的計算機視覺和特定行業(yè)應用的機器視覺技術(shù)在AI時代也走向前臺，點亮無數(shù)智能設備的“眼睛”。那么，計算機視覺和機器視覺技術(shù)在自動駕駛、無人機和工業(yè)機器人等應用方面又有什么區(qū)別呢？
今年央視春晚收視率最高的節(jié)目是“滿城煙花”，由50架微型無人機編隊組成的飛舞表演讓人印象深刻。
20架頂著雪花燈的無人機在舞臺前領舞， 15架頂著小紅燈籠的無人機在兩邊配舞。讓無人機的飛行整體有序的秘密就在那個850nm的LED燈上（俗稱小金豆）。26臺OptiTrack高精度三維運動捕捉相機，可以捕捉到每架無人機上的“小金豆”發(fā)出的紅外光。
OptiTrack運動捕捉相機是美國Natural Point公司研發(fā)生產(chǎn)的高性價比運動捕捉系統(tǒng)，它采用紅外影像追蹤技術(shù)來對人體和目標物的三維運動進行分析和重建。實際上，OptiTrack運動捕捉系統(tǒng)早已廣泛運用于影視拍攝、動漫游戲、虛擬現(xiàn)實等行業(yè)。火透半邊天的3D電影《阿凡達》便是使用這種光學動作捕捉系統(tǒng)進行拍攝。隨后各大制作廠商紛紛效仿，近些年使用OptiTrack運動捕捉系統(tǒng)進行拍攝的電影電視劇層出不窮。
無論是無人機舞蹈表演，還是3D電影拍攝，其背后都有計算機視覺技術(shù)的強大支持。進入人工智能時代，三個最熱門的詞莫過于無人機、無人駕駛和機器人。這些無人參與操作的智能設備有什么共性？首先是要有一個“大腦”，即用計算機代替人腦來處理大量復雜的信息數(shù)據(jù)。其次，都需要“眼睛”來感應周圍環(huán)境并做出及時且正確的反應。這些智能機器的“大腦”由一組高性能CPU芯片組成，其“眼睛”則是由攝像頭、視覺處理器(VPU)和專有的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)。這種“眼睛”背后的驅(qū)動力就是我們所討論的計算機視覺或機器視覺技術(shù)。
作為計算機科學的一個分支，計算機視覺最早開始于上世紀70年代的人工智能研究。從工程學的角度來看，它是利用計算機來實現(xiàn)人類視覺系統(tǒng)可以完成的任務，主要包括數(shù)字圖像和3D圖像的采集、處理和分析方法。其應用領域主要有醫(yī)療成像、工業(yè)機器人自動檢測、安保和統(tǒng)計、人機交互等。最近才火爆起來的無人駕駛汽車也是計算機視覺發(fā)揮重要作用的市場。下圖是火星探測車的概念模型車Rover，注意其頭部的立體攝像頭就是這種無人車的“眼睛”。
無人駕駛的計算機視覺感知
將計算機視覺技術(shù)應用于高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛領域最成功的公司當屬以色列的Mobileye，其股票市值超過10億美元，全球主要汽車廠商和Tier 1汽車零配件供應商都在使用該公司的視覺感應處理芯片EyeQ及配套的自動感應系統(tǒng)。去年Mobileye與BMW和Intel達成合作聯(lián)盟，共同開發(fā)自動駕駛平臺和地圖。最近Mobileye又與德國大眾合作，計劃提供自動駕駛租車服務。
Mobileye多年專注于汽車行業(yè)的計算機視覺技術(shù)研發(fā)，其EyeQ系列芯片已經(jīng)成為自動駕駛感知部分的關鍵器件。最近型號EyeQ 4及未來的升級版EyeQ 5系列將可以實現(xiàn)L3-L5級別的自動駕駛。下圖是其EyeQ 4芯片的內(nèi)部組成模塊示意圖。
據(jù)圖森互聯(lián)科技公司首席科學家王乃巖介紹，無人駕駛技術(shù)鏈非常長，但基本可分為三個階段：感知、決策和控制。計算機視覺技術(shù)主要應用在無人駕駛的感知階段，其基本原理大致如下：
1.使用雙目視覺系統(tǒng)獲取場景中的深度信息。它可以幫助進行后續(xù)的圖像語義理解，在無人駕駛中可以幫助探索可行駛區(qū)域和目標障礙物。 2.通過視頻來估計每一個像素的運動方向和運動速度。 3.對物體進行檢測與追蹤。在無人駕駛中主要是各種車輛、行人、非機動車。 4.對于整個場景的理解。最重要的有兩點，第一是道路線檢測，其次是在道路線檢測下更進一步，即把場景中的每一個像素打成標簽，這叫做場景分割或者場景解析。 5.同步地圖構(gòu)建和定位技術(shù)，即SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）技術(shù)。
目前計算機視覺在無人駕駛上的應用有兩個難點。
? 第一個難點是精度和可靠性可能達不到預期要求，但是這幾年深度學習發(fā)展迅速，這方面的難點會被一一攻克； ? 第二個難點在于傳感器本身，比如說過曝和欠曝，都是非常嚴重和常見的問題。解決這個問題的方法就是通過傳感器融合，也就是說當視覺傳感器失效的時候，可以融合其它傳感器，包括毫米波雷達甚至激光雷達，以便對周圍環(huán)境進行感知來保證車輛的安全。
無人機的機器視覺識別
機器視覺在基本原理上跟計算機視覺類似，可以說是計算機視覺在自動化檢測和工業(yè)控制方面的系統(tǒng)工程分支。跟計算機視覺不同的是，機器視覺側(cè)重于以新的方式集成現(xiàn)有技術(shù)，并用于解決現(xiàn)實世界的圖像處理問題。一個基本的機器視覺系統(tǒng)主要包括光源、攝像頭、視覺處理器和輸出組件。其主要應用在于自動化檢測和工業(yè)機器人導視系統(tǒng)，最近幾年發(fā)展起來的無人機也是機器視覺的一個新興應用市場。
大疆的Mavic Pro系列無人機采用了雙目立體視覺的精準懸停技術(shù)，突破了光流定位的局限性，甚至可實現(xiàn)戶外高空飛行時無GPS信號的精準懸停。它能夠?qū)崟r感知飛行前方30米的環(huán)境情況，可在15米范圍內(nèi)的障礙物前自動剎車懸?；蛘呃@行，從而大幅提升了飛行的安全性。此外，它還能在起飛時采集地面圖像，在自動返航時能精準地返回起飛地點。
這種精準懸停功能的實現(xiàn)得益于Movidius公司的Myriad 2視覺處理器(VPU)。該公司的機器視覺處理芯片Myriad 2及配套的機器視覺智能算法系統(tǒng)在谷歌、聯(lián)想的智能設備中也有使用。此外，全球領先的安防系統(tǒng)供應商?？?/a>威視最近在中東（迪拜）國際安防設備與技術(shù)展覽會（Intersec Middle East）上展出了“雄鷹”Ⅲ系列六旋翼飛行器。這種無人機融入了先進的智能視覺感知系統(tǒng)(由Movidius的Myriad 2視覺處理器實現(xiàn))，以及超聲光流定位系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠距離智能感知障礙物，并自動懸停，從而避免危險發(fā)生。依靠超聲和光流系統(tǒng)，它能夠在無GPS的情況下精準定位，起降時更加安全。
Movidius于去年9月份被INTEL收購，成為英特爾物聯(lián)網(wǎng)和自動駕駛事業(yè)部的一部分。PC行業(yè)的持續(xù)衰退迫使英特爾頻頻出手收購深度學習和計算機視覺方面的技術(shù)公司，期望在新興的人工智能時代把握住物聯(lián)網(wǎng)和自動駕駛的巨大商機，以保持其市場霸主地位。
在AI時代，從前局限于計算機科學研究和特定行業(yè)應用的計算機視覺和機器視覺技術(shù)開始走向前臺，點亮無數(shù)智能設備的“眼睛”。隨著無人機、機器人和無人駕駛等新興智能設備的快速發(fā)展，計算機視覺和機器視覺在傳統(tǒng)意義上的區(qū)別也變得模糊不清。無論在工廠還是在商店，在高速公路上還是在空中，我們都將看到越來越多的智能“眼睛”在掃視和采集周圍環(huán)境信息。這些智能設備的普及不但可以解放人手，而且連人的眼睛也可以解放出來。
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