基于仿生视觉图像处理的深度感知技术研究

基于仿生视觉图像处理的深度感知技术研究

姜青山王耀辉张鑫旗孙福强田明鑫 

山东协和学院 山东济南 250109

摘要：视觉感知与控制技术是当前机器人技术发展的热点之一。通过模仿人类视觉系统的工作原理，机器人可以从传感器获取的图像数据中提取有用的信息，并做出相应的决策和控制。然而，深度神经网络的训练和推断过程仍然面临着计算资源需求、数据标注和模型泛化等挑战，需要进一步的研究和改进。基于生物视觉仿生下的图像处理具有非常广阔的研究前景和价值,通过深入研究内在机理,并建立类视觉系统工作机制的仿生视觉计算数学模型,这为后续仿生视觉系统在实际图像处理研究与应用中提供了新的理论指导。

关键词：视觉感知；仿生视觉;传感器；深度感知技术

一、引言

视觉感知是人类理解世界的重要手段，而计算机视觉则致力于使机器具备类似人类的视觉能力。传统计算机视觉方法依赖于手工设计的特征提取器，存在信息冗余和处理负担大等问题。仿生学视觉算法和深度学习技术的结合，为解决这些问题提供了新的思路。本文将从仿生视觉图像处理的角度出发，深入研究基于深度学习的深度感知技术。

二、深度感知技术涉及多种核心技术

深度感知技术涉及多种核心技术，包括但不限于以下几种：

结构光技术：通过投射特定的光模式到物体上，并捕捉反射回来的光线，利用三角形测量原理计算物体表面的深度信息。这种方法需要红外投影仪和红外线传感器配合工作。

立体相机（Stereo Camera）：利用两个或多个相机从不同角度拍摄同一场景，通过比较不同视角下的图像差异来计算深度信息。这种方法不需要额外的红外设备，但计算复杂度较高。

激光雷达（LiDAR）：通过发射激光束并测量其反射回来的时间来计算距离。激光雷达在自动驾驶、机器人导航等领域有广泛应用，能够提供高精度的三维点云数据。

三、深度感知技术的分类

深度感知技术根据对象和目标的不同，可以分为四大类：基于人体分析的感知技术、基于车辆分析的感知技术、基于行为分析的感知技术和基于图像分析的感知技术。

1.基于人体分析

人体特征提取技术

该技术基于计算机视觉、图象处理与模式识别技术，对人体属性特征(性别、年龄段、身高、戴眼镜与否等)进行提取分析，实现人员身份识别。

2.基于行为分析

异常行为分析技术

该技术是基于双目识别技术，获取到目标人员的深度及三维信息(目标高度信息，提升目标行为分析和多目标检测的准确率、目标位置信息，提升多目标检测，尤其是目标间距检测、目标深度信息，提升多目标位置远近的判断)，实现越界、进入/离开区域、区域入侵、徘徊、人员聚焦、快速移动、非法停车、物品遗留/拿取等异常事件的自动侦测与报警，变被动监控为主动防控。

3.基于车辆分析技术应用

车辆违停抓拍系统是基于车辆分析技术的典型应用，该系统采用车牌识别技术和车辆特征提取技术，部署于在禁停区、重要路段、各类交通违法行为多发的场所，简化手动抓拍取证业务中的人工干预程度，实现违法行为的自动化取证，提高取证效率，避免处罚纠纷。

4.基于图像分析

视频质量诊断技术

该技术是通过对图像码流进行解码以及图像质量评估，对视频图像中存在的质量问题进行智能分析、判断和预警。在短时间内对大量的前端设备进行检测;实现清晰度异常(图像模糊)，亮度异常(过亮、过暗)，偏色，噪声干扰(雪花、条状、滚屏)，画面冻结，以及信号丢失等多种视频故障检测，做出准确判断并发出报警信息。

四、技术应用

1.基于人体分析技术应用

客流统计分析系统是基于人体分析技术的典型应用，该系统采用人体特征提取技术，实现对画面中特定区域(如大门、楼梯口)的人头、头肩等特征部位进行识别，以此来区分人和其他物体，并根据其运动轨迹来判断人的出入关系，最后得出任意时间段内进入人数量和离开人数量。该系统应用于商超零售行业，可以提供商场中每个客流监控点的客流数据，将这些数据汇总到商场数据中心并进行分析汇总，从时间和空间维度对商场中客流的分布以图表的形式进行展示，达到如下效果：

（1）评估营销策略效果，提高销量：

通过客流量的对比，有效评估所举办、推广的活动，对营销和促销投资回报进行有效评估。通过对历史销量和客流量的对比，可以有效的分析商品种类及各项管理策略对流量及销量的影响，进而更好的进行管理决策，提高销量。

（2）考核服务质量及商铺租金价位：

通过客流量、销量和成交量的统计，可以计算客流人群的平均购买量和提袋率，为评估商场服务质量及工作人员水平提供依据。通过对客流量的统计，可以客观决定柜台、商铺租金价位水平。

2.基于车辆分析技术应用

车辆违停抓拍系统是基于车辆分析技术的典型应用，该系统采用车牌识别技术和车辆特征提取技术，部署于在禁停区、重要路段、各类交通违法行为多发的场所，简化手动抓拍取证业务中的人工干预程度，实现违法行为的自动化取证，提高取证效率，避免处罚纠纷。

3.基于图像分析技术应用

视频摘要分析系统是基于图像分析技术的典型应用，该系统采用视频摘要分析技术，从视频录像中获取相对应的目标出现到离开过程中的数据，并将几个目标以一定的方式进行组合，实现摘要播放，达到快速预览视频以定位到关键的内容，可以解决海量视频分析完全依赖人工的问题。让管理人员只需查看摘要视频即可快速将可疑目标锁定。

五、结束语

基于仿生视觉图像处理的深度感知技术是当前计算机视觉领域的热点之一。通过模拟人眼视觉感知机制，该技术能够在复杂环境中实现高效的图像识别、目标检测及深度感知。虽然面临一些挑战，但随着深度学习技术的不断发展和硬件设备的提升，基于仿生视觉图像处理的深度感知技术将取得更大的突破，为人们的生活和工作带来更多便利和创新。未来，该技术将在自动驾驶、医学影像诊断、智能交通、虚拟现实与增强现实等领域发挥重要作用，推动相关行业的快速发展。

参考文献：

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[2]张巧荣;张永强;肖会敏;一种基于物体的视觉注意计算模型[J];计算机工程;2011年10期

[3]李康群;范影乐;甘海涛;武薇;基于视通路多感受野朝向性关联的轮廓检测方法[J];中国生物医学工程学报;2017年01期

[4]郭金朋;范影乐;武薇;朱亚萍;引入视通路视觉响应与融合模型的轮廓检测[J];中国图象图形学报;2018年02期