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1、译者序 忍耐很苦 坚持很难 哪怕是做一件看上去毫不费劲的小事也是如此 在申请翻译本书时 我满以为一个月就能翻译 完 实际上却用了整整半年时间 十几年前 看张筑生先生所著的 数学分析新讲 在后记里面看到 从编写教学改革实验讲 义到整理改写成书 前后花费了五年最宝贵的时间 那个时候年少轻狂 看完以后固然深深为作者的人品打动 却以为写书是 件并不怎么费劲的事情 果然是事不经过不知难 翻译尚且如此 反复斟酌几易其稿成书又该是怎么一种心血的煎熬 随着系统智能化要求的提高 对计算机视觉的要求也越来越多 同时 计算机视觉处理完毕以后 需要有一个合适的载体来 做出反应 本书正好就是同时在这两点上着重论述 一方
2、面大刀阔斧地介绍了计算机视觉处理的全流程 并就流程的每一子步骤 单独成章介绍常见的方法 另一方面注重实践 带领读者从头开始走完整个建造机器人的全程 正如作者所说 只要掌握了本 书的内容 完全可能创建一个可以看到环境并进行推理的机器人 并且每一章的介绍都为后续深入开发打下了良好的基础 本书的一个显著优点是用很简洁的语言带领读者纵览全局 让读者对整个开发有一个全局的掌握 因而非常适合入门 毕竟 工作以后再来读大部头的书籍 除非真的是卓尔不群 否则往往半途而废 在此 我想感谢华章公司的编辑缪杰 没有他的帮助 理解和支持 我很难坚持下来 我还要特别感谢我的爸爸妈妈 张乾光和孟淑华 你们多年来一直辛苦地
3、为我遮风挡雨 给我支持和鼓励 让我有一个非 常宽松快乐的成长环境 你们的善良和坚韧也一直深深地影响着我 你们辛苦了 大海的尽头有另外一个世界 希望在以后的岁 月里能让你们的生活更加美好 最后 我要感谢的是我的爱人 崔嘉艺 感谢她对我的支持和信任 相守是最温暖的承诺 我会让她为她的选择感到骄 傲 作者简介 是一名嵌入式系统工程师 在各种各样的计算机视觉应用和嵌入式系统的设计 开发和验证方面有超过6年的经 验 他非常相信分享知识的力量并持续地在计算机视觉领域中实践 从业6年之后 现在他是西门子公司的一名高级开发工程师 参与开发和研究工业控制设备及工业通信处理器 他还对西门 子公司的软件质量保证项目
4、做了一些贡献 到目前为止 他共申请了8个专利 他的所有应用都在进行中 他用了3年时间从伊斯 坦布尔科技大学 ITU 拿到了电子工程的学士学位 并得到了高等荣誉证书 他拥有伊斯坦布尔科技大学的电子工程硕士学 位 并且正在攻读伊斯坦布尔科技大学的电子工程博士学位 他在学术研究期间曾在不同的实验室工作过 比如说医疗系统设计 实验室 控制和航空电子设备实验室 机器人实验室 模式识别和信号处理实验室 工业自动化实验室 最后是嵌入式系统实验 室 除了做学术研究以外 他现在还是伊斯坦布尔科技大学嵌入式系统实验室的一名导师 可以通过电子邮件ozenozkaya 或者contact 直接与联系 如果你想了解有关
5、他的更多信息 可 访问他的网站 首先我要感谢我的父母K yas和Ferah 是他们不停的努力和坚持 才有了我今天的发展 我的导师S BernaYalcin副教授 总是支持我并帮助我完成了很多事情 所以我想在这里对她表示感谢 我还要感谢我所有 的朋友 可惜名单太长没有办法在这里一一列举 我还要特别感谢Nilay T fek 在我写作本书的过程中 她鼎力支持我 她真诚地鼓励我接受这一挑战并克服它 专注于嵌入式系统 计算机视觉和机器人技术 他对这些领域的学术和工业方面都有贡献 他喜欢分享他的知识 和经验 他认为信息共享才是让生活前进的真正方式 Giray目前是大学设计实验室的一名高级研究工程师 他负
6、责协调项目的技术过程 此外 他还需要管理技术研究工程 师 他正在申请6个专利 他拥有大学物理学的学士学位 现在 他在伊斯坦布尔科技大学 ITU 为有关卫星通信和遥感的硕士毕业论文而努 力 有关他的更多信息可以访问他的网站 也可以通过gyillikci 或者gyillikci ku edu tr与他 联系 首先 我要感谢邀请我合著本书 我还要向给我们提供支持 意见和帮助的Packt员工们表示感谢 我要感谢Seyed Mousavi 因为他给我们提供了很多有价值 的评论 还要感谢Shweta Pant成功的内容开发管理 感谢Cetin Seren对我职业方面的指点 他的真知灼见让我在自己的领域中做
7、到最好 我要感谢S reyya Ciliv 他给我们提供了位于Turkcell技术应用中心的一个充满智慧和令人振奋的工作环境 在那里我们学到 了很多知识 我还要感谢Tugce Pakakar和她的朋友们 她们让我非常享受写作本书的过程 最后 我要感谢我的母亲 父亲 兄弟 他们在我的生活中支持 鼓励 启迪我 我要对他们表达我最诚挚的感谢 前言 特别是对于现代机器而言 计算机视觉是环境感知发展的下一个阶段 许多现代设备尝试使用有限的资源来模仿人类的感知 能力 此外 大多数此类仿制品其实是存在不足的 因为通常情况下它们不能直接模拟人类的感知能力 尤其是在视觉方面 即使传统传感器的种类有很多 它们仍然
8、无法表现出人类视觉系统的强大 这是人类最复杂的感知功能之一 因此 我们需 要一定的视觉信息 使我们的电子系统更加智能化 这就是计算机视觉出现的原因 相机可以被视为终极视觉传感器 它非常接近于人类的视觉感知系统 但是问题在于 如果使用相机作为视觉传感器 那么 操作会非常复杂和困难 本书的目的是通过把一个复杂的问题划分为基本的 可实现的子步骤从而让计算机视觉的任务变得简 单 这种方法最好的地方在于我们能把实际生活中的应用也变得很容易 当我们处理现实生活中的应用时 毫无疑问应该有一种方法来与现实生活进行交互 嵌入式系统正好用来表示这些物理交 互 Arduino是最流行的嵌入式系统平台之一 它通过海量
9、的社区支持和学习材料为原型开发提供了一种便捷的方法 同时 Arduino的关键属性也很棒 稍后将进行更详细的讨论 这些使得Arduino成为视觉系统与现实生活进行交互的最完美的候选 Arduino在计算机视觉系统中扮演的角色是非常清楚的 在大多数情况下 视觉信息会与来自各种传统的传感器的数据相结 合 这些传统的传感器包括温度传感器 压力传感器和加速器等 此外 我们需要一个很好的工具来在视觉处理过程之后采取物 理行动 比如驱动电动机和开灯 因此 Arduino在从环境中收集数据并采取行动的过程中非常有用 特别是因为它有大量开发 好的库以及社区共享 使得原型开发非常迅速 开源计算机视觉库 Open
10、CV 是一个包含大量优化算法的优秀开源库 OpenCV最重要的优势之一是它可以支持多个平 台 它能够在Windows Linux Mac OS甚至是Android和iOS平台上工作 更重要的是它是一个成熟的库 在写作本书时最新版本 为3 0 和2 4 11 出于这些原因 本书中所有的计算机视觉任务都将采用OpenCV来实现 本书将通过一种通用的 明确的 可应用的方式来融合Arduino和计算机视觉的能力 书中的实践和方法可用于任何相关的 问题和平台 本书想实现的最终目标是让你可以通过一种通用方法使用各种组件来解决现实生活中任意类型的视觉问题 在每一章中 你将会找到有关主题在现实生活中实际应用的
11、例子 为了学以致用 我们会一步一步地建立一个视觉机器人 你会发现尽管问题的背景有很大的不同 解决问题的方法都是一样的并且很简单 本书的主要内容 第1章通过介绍一种对现实生活视觉问题有效的解决办法来解释设计模块和体系 第2章讲述OpenCV库的基本原理以及如何在不同的操作系统平台安装和测试OpenCV库 第3章通过实用的技巧和现实生活的例子来展示从环境中收集数据的有效方法 第4章介绍OpenCV库中的内置滤波器以及如何根据应用程序的上下文来选择和实现这些滤波器 第5章探索如何从视觉数据中提取有意义的信息以及如何让这些提取出来的数据为识别系统做好准备 第6章通过实践的方式探索人工智能的方法 讨论在
12、一个给定场景中检测和识别物体的方法 第7章揭示Arduino的通信能力以及在OpenCV的环境中连接Arduino的综合性最佳实践 第8章演示如何通过物理行为优雅地与现实世界进行交互 第9章综合前面所学的所有知识来设计和开发一个全功能一体化的机器人 该章还将介绍所提出的方法如何在问题独立的情 况下取得成功 阅读本书前的准备 本书的目的是教会你如何开发可以与现实生活进行交互且启用了计算机视觉的系统 书中所有必需的软件都是免费的 当 然 根据需要 你也可以使用收费的软件来开发应用程序 计算机视觉应用程序是使用OpenCV开发的 Eclipse Xcode Visual Studio作为集成开发环境
13、使用 应用程序的嵌入式系统 部分通过使用Arduino Uno R3和Arduino的集成编辑器来开发 有几章中的应用程序需要用到电子元器件 比如传感器或通信模块 这些模块都很便宜并且很容易找到 应用程序背后的思 想是通用的 可以适用于各种相关领域 本书的目标读者 本书主要面向想要在项目中使用计算机视觉来创造更多智能系统的读者 特别是想学习如何使用Arduino进行计算机视觉编 程的用户和对此有兴趣的爱好者 机器人学是兴趣电子学中最流行的领域之一 我们可以简单地说只要掌握了本书的内容 就完全有可能建立一个可以看到环 境并进行推理的机器人 同一方案适用于消费类电子学和兴趣电子学的所有其他领域 任
14、何对这一方案感到兴奋的人都是本书的 目标读者 本书假设读者熟悉Arduino的基本知识 对于计算机视觉编程方面的知识则没有什么要求 下载示例代码和彩色图片 你可以从华章网站 下载本书的示例代码和彩色图片 第1章 计算机视觉系统综述 在本章中 你将会了解计算机视觉系统的基础概念和整体框架 这样当解决计算机视觉问题的时候 你将有一个更广阔的视 野 1 1 计算机视觉系统介绍 我们用五种感官 触觉 味觉 嗅觉 听觉和视觉 来观察周围的一切 尽管这五种感官都非常重要 但是有一种感官对于 感知有最大的影响 毫无疑问 它就是视觉 这也是本书的主题 当看到一个场景时 我们能在一个有意义的上下文中理解和解释看
15、到的细节 这看起来很容易 但其实这是一个非常复杂难 以建模的过程 是什么让人类的眼睛容易理解视觉而机器难以理解 答案隐藏于人类和机器在感知上的区别 许多研究人员正在 试图揭示这个区别 在计算机视觉发展的道路上 照相机的发明是其中最重要的一个里程碑 尽管照相机是一个保存场景视觉记忆的很好的工 具 但是它导致了很多变化 而不仅仅是保存场景 与相机的发明一样 人们总是试图开发设备来让我们的生活更加美好 当前 的趋势是开发智能设备 知晓周边的环境肯定是其中重要的一环 这和我们的日常生活体验或多或少是相同的 视觉是最大的影 响因素 多亏了科技的发展 使得模拟人类的视觉系统是可能的并且已经在各种各样的设备
16、上实现了 在这个过程中 我们有能 力开发可视化设备 图片和时间序列的图片被称为视频 换句话说就是真实世界的机器表示 任何可视化设备都是通过图片来重建真实的场景 因为通过设备从图片提取解释和隐藏的信息非常复杂 通常使用计算机来达到目的 计算机视觉这个词就是来自让机器用人类的 方式理解真实世界的现代方法 由于计算机视觉对机器的自动化日常工作十分必要 因此它的发展非常迅速 并且大量的框架 工具和库已经被开发出来 OpenCV Open Source Computer Vision Library 的出现对于计算机视觉来说是一个非常大的改变 并且很多人都对它 有贡献以便让它变得更好 现在它是一个成熟的库 提供了最先进的设计模块 在后面的章节我们会接触到 因为它是一个易于 使用的库 不需要为了完成视觉计算任务而去搞清楚底层到底发生了哪些复杂计算 这种易用性让那些复杂的任务更容易完成 但是即便是这样 你也应该知道如何在解决问题和使用设计工具中找到平衡 1 2 解决计算机视觉问题 解决任何复杂的问题 比如计算机视觉问题 非常重要的一点就是通过理解每一步的目的来把问题分解成简单和可实现的子 步骤 本章
