機器視覺技術

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陳兵旗
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具体描述

  本書分上下兩篇介紹機器視覺的構成、圖像處理方法以及應用實例。
 
  上篇「機器視覺理論與演算法」包括:機器視覺、圖像處理、目標提取、邊緣檢測、圖像平滑處理、幾何參數檢測、Hough變換、幾何變換、單目視覺測量、雙目視覺測量、運動圖像處理、傅立葉變換、小波變換、模式識别、神經網路、深度學習、遺傳演算法。
 
  下篇「機器視覺應用系統」包括:通用圖像處理系統ImageSys、二維運動圖像測量分析系統MIAS、三維運動測量分析系統MIAS 3D、車輛視覺導航系統。
 
  本書匯集了圖像處理絕大多數現有流行演算法,以淺顯的圖文並茂的方法講解複雜的理論演算法,每個演算法都給出了實際處理案例。
 
  書中所講案例均來自生產實踐,都得到了實際應用的檢驗。
 
  本書不僅適用於機器視覺和圖像處理專業理論結合實踐的教學,對於本科系及相關科系的課題研究人員和專業技術人員也具有重要的參考價值。
好的,这是一本关于深度学习在自然语言处理(NLP)中的前沿应用的图书简介: --- 《语义鸿沟的弥合:深度学习驱动的自然语言理解与生成前沿探析》 内容提要 在信息爆炸的数字时代,文本数据已成为知识传承与交流的核心载体。然而,机器要真正“理解”人类语言的复杂性、歧义性以及蕴含的深层语义,仍然是一项艰巨的挑战。本书《语义鸿沟的弥合:深度学习驱动的自然语言理解与生成前沿探析》,并非探讨图像处理、模式识别或工业自动化中的机器视觉技术,而是完全聚焦于自然语言的数字化解析、建模与创造。 本书旨在为计算机科学、语言学交叉领域的研究人员、高级工程师以及对人工智能前沿充满热忱的读者,提供一个全面、深入且聚焦于当前最先进深度学习范式的NLP知识体系。我们摒弃了对传统符号主义方法的冗余介绍,直接切入以Transformer架构为核心的现代NLP技术栈,详细剖析如何利用大规模预训练模型(如BERT、GPT系列及其变体)解决现实世界中的复杂语言任务。 全书内容结构严谨,从基础的分布式表示的演进,到复杂的注意力机制的精妙设计,再到前沿的知识增强与多模态融合,层层递进,确保读者不仅能掌握“如何使用”这些模型,更能理解其背后的“为何有效”的理论基础。 核心章节与深度解析 本书共分为七大部分,涵盖了从理论基石到应用落地的完整链条: 第一部分:现代NLP的基石——分布式表示与序列建模的演进 本部分首先回顾了词嵌入(Word Embeddings)如何从稀疏表示转向稠密向量空间,重点分析了Word2Vec、GloVe的局限性。随后,我们深入探讨了循环神经网络(RNNs)及其变体(如LSTM和GRU)在处理序列依赖性上的突破与瓶颈,为引入更强大的并行化模型——自注意力机制——做好铺垫。此部分着重于理解上下文敏感性表示的必要性。 第二部分:Transformer架构的革命性突破 这是全书的理论核心。我们将详细解构2017年里程碑式的论文《Attention Is All You Need》中所提出的Transformer模型。章节将细致剖析多头自注意力机制(Multi-Head Attention)的计算流程,讲解位置编码(Positional Encoding)如何为无序的序列数据注入时序信息,并对比编码器-解码器架构的完整运作方式。我们还将讨论层归一化(Layer Normalization)和残差连接在模型训练稳定中的关键作用。 第三部分:大规模预训练模型的范式转变 本部分聚焦于如何利用海量未标注文本数据进行“预训练”,从而获得强大的语言通用能力。我们将深入比较自编码器(Autoencoding)模型如BERT族(包括RoBERTa、ALBERT)与自回归(Autoregressive)模型如GPT族的工作原理。特别地,会详细阐述掩码语言模型(MLM)和下一句预测(NSP)等预训练任务的设计哲学,以及它们如何有效地捕捉双向上下文信息。 第四部分:下游任务的精细化适应与迁移学习 预训练模型需要被适应于特定的下游任务,如文本分类、命名实体识别(NER)、问答系统(QA)和意图识别。本章详细介绍了微调(Fine-Tuning)的策略,包括参数高效微调(PEFT)技术如LoRA、Prefix-Tuning,以应对资源受限场景。对于序列标注任务,我们将分析如何设计合适的输出层结构来优化F1分数和准确率。 第五部分:自然语言生成(NLG)的艺术与科学 生成任务是衡量机器“创造力”的关键指标。本章超越了简单的贪婪搜索(Greedy Search),深入探讨束搜索(Beam Search)、Top-K/Top-P(Nucleus)采样等解码策略,分析它们在控制生成文本的流畅性与多样性之间的权衡。此外,我们将涵盖摘要生成(Abstractive Summarization)中如何避免信息丢失和幻觉(Hallucination)的最新对抗性训练方法。 第六部分:高级主题——知识增强与可解释性 现代NLP模型往往缺乏对事实性知识的精确引用。本部分将介绍如何将外部知识图谱(KGs)整合到语言模型中,形成知识增强的语言模型(KGLM),以提升推理能力和事实准确性。同时,鉴于大型模型的“黑箱”特性,我们也会探讨一些可解释性(XAI for NLP)方法,如注意力权重可视化和梯度分析,以探究模型决策的内部逻辑。 第七部分:多模态与未来趋势展望 本书的最后部分将目光投向NLP与其他领域的交叉前沿。我们将探讨如何将文本信息与视觉信息(图像、视频)相结合,驱动视觉问答(VQA)和文本到图像生成(如DALL-E, Midjourney的语言理解部分)。最后,本书将对模型对齐、伦理考量(如偏见消除)以及未来可能出现的更高效、更具推理能力的架构进行前瞻性总结。 本书的独特价值 本书的撰写严格遵循学术严谨性与工程实践性的平衡。我们不涉及任何关于图像采集、图像处理算法、特征提取、模式识别、3D重建或任何与光学、传感器相关的“机器视觉”内容。所有论述均基于语言学输入和深度神经网络处理。读者将获得: 1. 理论的深度穿透力: 拒绝停留在API调用层面,深入剖析Transformer层内矩阵运算的细节。 2. 前沿技术的实战指导: 涵盖当前工业界和学术界最热门的PEFT、知识注入等技术。 3. 清晰的逻辑脉络: 从基础序列建模到复杂生成任务,构建完整的知识框架,避免知识点零散。 本书是致力于在复杂语义世界中构建智能系统的研究者和工程师的必备参考书。 ---

著者信息

图书目录

上篇 機器視覺理論與算法

第1章 機器視覺
1.1機器視覺的作用
1.2機器視覺的硬體構成
1.2.1電腦
1.2.2圖像採集設備
1.3機器視覺的軟體及編程工具
1.4機器視覺、機器人和智慧裝備
1.5機器視覺的功能與精度

第2章 圖像處理
2.1圖像處理的發展過程
2.2數位圖像的採樣與量化
2.3彩色圖像與灰階圖像
2.4圖像文件及視頻文件格式
2.5數位圖像的電腦表述
2.6常用圖像處理算法及其通用性問題
參考文獻

第3章 目標提取
3.1如何提取目標物體
3.2基於閾值的目標提取
3.2.1二值化處理
3.2.2閾值的確定
3.3基於顔色的目標提取
3.3.1色相、亮度、飽和度及其他
3.3.2顔色分量及其組合處理
3.4基於差分的目標提取
3.4.1幀間差分
3.4.2背景差分
參考文獻

第4章 邊緣檢測
4.1邊緣與圖像處理
4.2基於微分的邊緣檢測
4.3基於模板匹配的邊緣檢測
4.4邊緣圖像的二值化處理
4.5細線化處理
4.6Canny 算法
參考文獻

第5章 圖像平滑處理
5.1圖像噪聲及常用平滑方式
5.2移動平均
5.3中值濾波
5.4高斯濾波
5.5模糊圖像的清晰化處理
5.5.1對比度增強
5.5.2自動對比度增強
5.5.3直方圖均衡化
5.5.4暗通道先驗法去霧處理
5.6二值圖像的平滑處理
參考文獻
 
第6章 幾何參數檢測
6.1基於圖像特徵的自動識别
6.2二值圖像的特徵參數
6.3區域標記
6.4基於特徵參數提取物體
6.5基於特徵參數消除噪聲
參考文獻

第7章 Hough 變換
7.1傳統Hough 變換的直線檢測
7.2過已知點Hough 變換的直線檢測
7.3Hough 變換的曲線檢測
參考文獻

第8章 幾何變換
8.1關於幾何變換
8.2放大縮小
8.3平移
8.4旋轉
8.5複雜變形
8.6齊次坐標表示
參考文獻

第9章 單目視覺測量
9.1硬體構成
9.2攝影機模型
9.2.1參考坐標係
9.2.2攝影機模型分析
9.3攝影機標定
9.4標定尺檢測
9.4.1定位追踪起始點
9.4.2藍黄邊界檢測
9.4.3確定角點坐標
9.4.4單應矩陣計算
9.5標定結果分析
9.6標識點自動檢測
9.7手動選取目標
9.8距離測量分析
9.8.1透視畸變對測距精度的影響
9.8.2目標點與標定點的距離對測距精度的影響
9.9面積測量算法
9.9.1獲取待測區域輪廓點集
9.9.2最小凸多邊形擬合
9.9.3多邊形面積計算
9.9.4測量實例
參考文獻

第10章 雙目視覺測量
10.1雙目視覺系統的結構
10.1.1平行式立體視覺模型
10.1.2匯聚式立體視覺模型
10.2攝影機標定
10.2.1直接線性標定法
10.2.2張正友標定法
10.2.3攝影機參數與投影矩陣的轉換
10.3標定測量試驗
10.3.1直接線性標定法試驗
10.3.2張正友標定法試驗
10.3.3三維測量試驗
參考文獻

第11章 運動圖像處理
11.1光流法
11.1.1光流法的基本概念
11.1.2光流法用於目標追蹤的原理
11.2模板匹配
11.3運動圖像處理實例
11.3.1羽毛球技戰術實時圖像檢測
11.3.2蜜蜂舞蹈行為分析
參考文獻

第12章 傅立葉變換
12.1頻率的世界
12.2頻率變換
12.3離散傅立葉變換
12.4圖像的二維傅立葉變換
12.5濾波處理
參考文獻

第13章 小波變換
13.1小波變換概述
13.2小波與小波變換
13.3離散小波變換
13.4小波族
13.5信號的分解與重構
13.6圖像處理中的小波變換
13.6.1二維離散小波變換
13.6.2圖像的小波變換編程
參考文獻

第14章 模式識别
14.1模式識别與圖像識别的概念
14.2圖像識别系統的組成
14.3圖像識别與圖像處理和圖像理解的關係
14.4圖像識别方法
14.4.1模板匹配方法
14.4.2統計模式識别
14.4.3新的模式識别方法
14.5人臉圖像識别系統
參考文獻

第15章 神經網路
15.1人工神經網路
15.1.1人工神經網路的生物學基礎
15.1.2人工神經元
15.1.3人工神經元的學習
15.1.4人工神經元的激活函數
15.1.5人工神經網路的特點
15.2BP 神經網路
15.2.1BP 神經網路簡介
15.2.2BP 神經網路的訓練學習
15.2.3改進型BP 神經網路
15.3BP 神經網路在數位字符識别中的應用
15.3.1BP 神經網路數位字符識别系統原理
15.3.2網路模型的建立
15.3.3數位字符識别演示
參考文獻

第16章 深度學習
16.1深度學習的發展歷程
16.2深度學習的基本思想
16.3淺層學習和深度學習
16.4深度學習與神經網路
16.5深度學習訓練過程
16.6深度學習的常用方法
16.6.1自動編碼器
16.6.2稀疏編碼
16.6.3限制波爾兹曼機
16.6.4深信度網路 
16.6.5卷積神經網路
16.7基於卷積神經網路的手寫體字識别
16.7.1手寫字識别的卷積神經網路結構
16.7.2卷積神經網路文字識别的實現
參考文獻

第17章 遺傳算法
17.1遺傳算法概述
17.2簡單遺傳算法
17.2.1遺傳表達
17.2.2遺傳算子
17.3遺傳參數
17.3.1交叉率和變異率
17.3.2其他參數
17.3.3遺傳參數的確定
17.4適應度函數
17.4.1目標函數映射為適應度函數
17.4.2適應度函數的尺度變換
17.4.3適應度函數設計對GA 的影響
17.5模式定理
17.5.1模式的幾何解釋
17.5.2模式定理
17.6遺傳算法在模式識别中的應用
17.6.1問題的設定
17.6.2GA 的應用方法
17.6.3基於GA 的雙目視覺匹配
參考文獻
 
下篇 機器視覺應用系統

第18章 通用圖像處理系統ImageSys
18.1系統簡介
18.2狀態窗
18.3圖像採集
18.3.1DirectX 直接採集
18.3.2VFW PC 相機採集
18.3.3A/D 圖像卡採集
18.4直方圖處理
18.4.1直方圖
18.4.2線剖面
18.4.33D 剖面
18.4.4累計分佈圖
18.5顔色測量
18.6顔色變換
18.6.1顔色亮度變換
18.6.2HSI 表示變換
18.6.3自由變換
18.6.4RGB 顔色變換
18.7幾何變換
18.7.1仿射變換
18.7.2透視變換
18.8頻率域變換
18.8.1小波變換
18.8.2傅立葉變換
18.9圖像間變換
18.9.1圖像間演算
18.9.2運動圖像校正
18.10濾波增強
18.10.1單模板濾波增強
18.10.2多模板濾波增強
18.10.3Canny 邊緣檢測
18.11圖像分割
18.12二值運算
18.12.1基本運算
18.12.2特殊提取
18.13二值圖像測量
18.13.1幾何參數測量
18.13.2直線參數測量
18.13.3圓形分離
18.13.4輪廓測量
18.14幀編輯
18.15畫圖
18.16查看
18.17文件
18.17.1圖像文件
18.17.2多媒體文件
18.17.3多媒體文件編輯
18.17.4添加水印
18.18系統設置
18.18.1系統幀設置
18.18.2系統語言設置
18.19系統開發平臺Sample
參考文獻

第19章 二維運動圖像測量分析系統MIAS
19.1系統概述
19.2文件
19.3運動圖像及2D 比例標定
19.4運動測量
19.4.1自動測量
19.4.2手動測量
19.4.3標識測量
19.5結果瀏覽
19.5.1結果視頻表示
19.5.2位置速率
19.5.3偏移量
19.5.42 點間距離
19.5.52 線間夾角
19.5.6連接線圖一覽
19.6結果修正
19.6.1手動修正
19.6.2平滑化
19.6.3內插補間
19.6.4幀坐標變換
19.6.5人體重心測量
19.6.6設置事項
19.7查看
19.8實時測量
19.8.1實時目標測量
19.8.2實時標識測量
19.9開發平臺MSSample
參考文獻

第20章 三維運動測量分析系統MIAS 3D
20.1MIAS 3D 系統簡介
20.2文件
20.32D 結果導入、3D 標定及測量
20.4顯示結果
20.4.1視頻表示
20.4.2點位速率
20.4.3位移量
20.4.42 點間距離
20.4.52 線間夾角
20.4.6連接線一覽圖
20.5結果修正
20.6其他功能
參考文獻
 
第21章 車輛視覺導航系統
21.1車輛無人駕駛的發展歷程及趨勢
21.2視覺導航系統的硬體
21.3視覺導航系統的軟體
21.4導航試驗及性能測試比較

图书序言

  • ISBN:9786263321298
  • 規格:平裝 / 354頁 / 17 x 23 x 1.77 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

 
  智慧製造的核心内容是裝備生產和應用的資訊化與智慧化,機器視覺是實現這一目標的關鍵技術。提起「機器視覺」或者「圖像處理」(機器視覺的軟體部分),許多人並不陌生,但是没有專門學習過的人,往往會把「圖像處理」與用於圖像編輯的Photoshop軟體等同起來,其實兩者之間具有本質的區别。機器視覺中的圖像處理是由電腦對現有的圖像進行分析和判斷,然後根據分析判斷結果去控制執行其他相應的動作或處理;而Photoshop是基於人的判斷,通過人手的操作來改變圖像的顔色、形狀或者剪切與編輯。也就是説,一個是由機器分析判斷圖像並自動執行其他動作,一個是由人分析判斷圖像並手動修改圖像,這就是兩者的本質區别。本書内容就是介紹機器視覺的構成、圖像處理理論算法及應用系統。
 
  目前,市面上圖像處理方面的書比較多,一般都是着眼於講解圖像處理算法理論或者編程方法,筆者本人也編著了兩本圖像處理VC++ 編程和一本機器視覺理論及應用實例介紹方面的書,這些書的主要適用對象是圖像處理編程人員。然而,從事圖像處理編程工作的人畢竟是少數,將來越來越多的人會從事與機器人和智慧裝備相關的操作及技術服務工作,目前國内針對這個群體的機器視覺教育書籍還比較少。近年來,經常有地方理工科院校來諮詢圖像處理實驗室建設事項,他們的目的是圖像處理理論教學,而不是學習圖像處理程序編寫,給他們推薦教材和進行圖像處理實驗室配置都是很困難的事。爲了適應這個龐大群體的需要,本書以普及教學爲目的,盡量以淺顯易懂、圖文並茂的方法來説明複雜的理論算法,每個算法都給出實際處理案例,使一般學習者能够感覺到機器視覺其實並不深奥,也給將來可能從事機器視覺項目開發的人增强信心。
本書匯集了圖像處理絕大多數現有流行算法,對於專業圖像處理研究和編程人員,也具有重要的參考價值。
 
  本書在撰寫過程中得到了田浩、歐陽娣、曾寶明、王橋、楊明、喬妍、朱德利、樑習卉子、陳洪密、代賀等不同程度的幫助,也獲得了北京現代富博科技有限公司的技術支持,在此對他們表示衷心的感謝!
 
  由於筆者水平所限,書中不足之處在所難免,敬請廣大讀者與專家批評指正。

用户评价

评分

我是在咖啡廳邊聽著輕音樂邊試圖閱讀這本書的,結果發現這根本就是一項需要全神貫注的任務。它的敘事風格非常學術化,幾乎沒有任何幽默感或生活化的比喻來輔助理解那些複雜的概念。舉例來說,當講到影像濾波器的時候,它可能用好幾個段落去證明公式,但缺乏一個簡單的圖像比喻來解釋「這個濾波器到底把影像的哪個部分增強或削弱了」。對於我這種偏好「先理解概念,再鑽研細節」的讀者來說,這種寫法讀起來會有點吃力,很容易在大量的公式和符號中迷失方向。如果作者能用更生動的方式,比如穿插一些實際工廠或醫療領域的維度對照,讓讀者能夠直觀地感受到這些抽象技術背後的物理意義,那閱讀體驗絕對會大幅提升。畢竟,工具書如果不好讀,再好的內容也很難被有效吸收,這本書在「如何讓讀者讀下去」這方面,還有很大的進步空間。

评分

說真的,剛拿到這本書的時候,我本來還蠻期待的,畢竟標題聽起來就很「前沿」,想說或許能學到一些最新的深度學習在影像處理上的應用。畢竟現在大家都在談什麼卷積神經網路(CNN)是不是能讓機器看東西更像人眼。可是,這本書的調性比較偏向傳統的影像處理方法論,像是邊緣偵測、特徵提取這些比較基礎的演算法,都有很詳盡的介紹。這當然沒錯,基礎紮實很重要,但對於已經對這些基本概念有概念的讀者來說,會覺得內容稍微有點「溫吞水」,缺乏那種讓人眼睛一亮的突破性內容。書裡舉的例子也偏向工業檢測的傳統場景,雖然穩健,但就是少了點現代感。我比較希望看到的是如何用這些視覺技術去解決一些比較「聰明」的問題,而不是單純的瑕疵判斷。如果作者能多加入一些關於AI視覺框架(像是TensorFlow或PyTorch)的實戰範例,對現在的工程師來說,吸引力會大增不少。

评分

這本書的編排方式,讓我聯想到大學時代讀的參考書,就是那種每個章節都寫得非常完整,但邏輯銜接上稍微有點生硬的感覺。你翻到特定章節,它會把那個技術點給你拆解得非常透徹,包括歷史淵源、數學推導,甚至是不同演算法之間的優缺點比較,都寫得非常詳盡,這點對於要做學術研究或是需要撰寫技術規格書的人來說,簡直是寶庫。不過,對於我們這種實務工作者,想知道「我該怎麼選用這個演算法來解決我眼前的問題」,它提供的指引就比較間接了。很多時候,讀完一個章節,我還是得自己回頭去網路上找對應的軟體函式庫實作,然後再對照書本上的理論。如果書中能多一些整合性的「專案導向」的章節,把視覺系統的建立流程從頭到尾跑一遍,或許對剛入行的人會更有幫助,更能建立起一個完整的知識架構。

评分

坦白說,這本書的厚度讓我有點卻步,但內容的紮實度確實讓人佩服。不過,我個人覺得,對於目前快速迭代的技術市場來說,這本書的更新速度可能跟不上。視覺技術,特別是軟體和演算法部分,變化速度快得嚇人。書中介紹的一些經典方法論固然是基石,但如果沒有提及最新的硬體發展,比如新型態的ToF(Time-of-Flight)感測器,或者高速運算單元(如FPGA或專用AI晶片)在視覺系統中的整合,會讓人覺得內容有些「年代感」。我翻閱時,一直在找尋關於3D重建或者即時動態場景分析的深入探討,但感覺這類前沿、對運算要求極高的部分,似乎只是一帶而過,沒有像對傳統2D影像處理那樣下苦功去深入剖析。這本書的受眾可能更偏向於需要建立傳統工業自動化視覺系統的技術人員,對於追求尖端應用的開發者來說,可能需要搭配其他更專注於AI模型訓練或新興感測器的書籍一起閱讀。

评分

這本書,老實講,我在書店裡翻了一下,還真有點摸不著頭緒,它給我的感覺就像是走進一個超級複雜的電子零件倉庫,到處都是密密麻麻的電路板和看不懂的參數。坦白說,我對電子學不是特別在行,所以書裡那些關於感測器精準度、光學設計的細節,對我這種搞設計企劃的來說,簡直就是天書。我原本是希望能夠找到一些比較偏向應用面的介紹,比如說機器視覺怎麼幫忙工廠提高良率,或者在無人載具上的實際案例,畢竟現在AI和自動化這麼夯,大家都很關心這些技術到底怎麼落地。結果這本書比較像是教科書的風格,把底層的數學原理和硬體規格寫得非常紮實,雖然能感覺到作者的專業度非常高,但對於想快速掌握「它能做什麼」的讀者來說,門檻實在有點高。讀起來的體驗就是,你需要有相當的電子背景知識,不然光是理解名詞解釋就要花掉一半的時間,實在是需要一點毅力才能啃完。

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