人的眼睛是感覺(jué)之窗，人有80%以上的信息靠眼睛獲取。人眼之所以能看清楚東西 是因為眼睛中有200多萬(wàn)個(gè)視覺(jué)神經(jīng)將光學(xué)信號送向視網(wǎng)膜，視網(wǎng)膜又將光學(xué)信號轉變 成神經(jīng)脈沖傳向大腦，從而讓人能夠看見(jiàn)物體的顏色和形狀等。能否造出“人工眼睛”讓 服務(wù)機器人也能像人那樣看清楚東西，這是服務(wù)機器人的重要課題。有關(guān)服務(wù)機器人 “眼睛”的識別理論和方法及技術(shù)統稱(chēng)為模式識別，所謂模式是指被識別的事物，它可以 是文字、圖像、聲音等物理實(shí)體，也可以是氣候或環(huán)境等抽象虛體。服務(wù)機器人的“眼睛” (各種機器視覺(jué)系統)工作過(guò)程與人眼類(lèi)似，也是由信息獲取、圖像處理、特征抽取、判決 分類(lèi)等構成。

人臉識別機器人的“眼睛”的作用主要體現在以下幾個(gè)方面。

(1)服務(wù)機器人“眼睛”認字。例如，大家都知道信件投入郵筒后，需要經(jīng)過(guò)郵局工人 分揀才能發(fā)往世界各地。 一般地說(shuō)， 一個(gè)工人一天只能分揀2000～3000封信，現在采用 一種機器人“眼睛”(郵政編碼識別系統)分揀則可以提高效率十多倍。機器人“眼睛”認 字的原理與人類(lèi)認字的過(guò)程大體相似，它先對輸入的郵政編碼進(jìn)行分析和抽取特征。其 次是進(jìn)行對比，即把抽取的特征與原先規定的0～9這10個(gè)符號的特征進(jìn)行比較，與哪 個(gè)數字的特征Z相似就是哪個(gè)數字。在模式識別理論中，這種方法叫做統計識別法。服 務(wù)機器人“眼睛”認字除了用于郵政系統外，還可用于手寫(xiě)文字輸入、證件、票據、車(chē)牌的 識別等許多方面。

(2)服務(wù)機器人“眼睛”識圖。例如，工人用數控機床加工零件要求先看懂圖紙才行。 能否讓服務(wù)機器人“眼睛”來(lái)識別圖紙呢?這就是服務(wù)機器人“眼睛”的識圖問(wèn)題。服務(wù) 機器人“眼睛”識圖的方法除了統計方法外還有語(yǔ)言法，它是基于人類(lèi)認識過(guò)程中視覺(jué)和語(yǔ)言的聯(lián)系而建立的，即從圖像結構入手，把圖像分解成一些直線(xiàn)、斜線(xiàn)、折線(xiàn)、點(diǎn)、弧等 基本元素，研究它們是按照什么樣的規則構成圖像的，檢查待識別圖像是屬于哪一類(lèi)“句 型”,是否符合預先規定的句法。按照這個(gè)原則，若句法正確就能識別出來(lái)。服務(wù)機器人 “眼睛”識圖有廣泛的應用，在工業(yè)、農業(yè)、國防、科研、實(shí)驗、醫療、教育、娛樂(lè )等各個(gè)領(lǐng)域 中，涉及大量的識圖問(wèn)題，都可以用服務(wù)機器人“眼睛”來(lái)識別。

(3)服務(wù)機器人“眼睛”認物。例如，服務(wù)機器人“眼睛”識別物體(3D 識別系統)一般 以攝像機作為信息輸入系統，根據人類(lèi)識別景物主要靠明暗信息、顏色信息、距離信息等 原理，服務(wù)機器人“眼睛”識別物體也是輸入這三種信息。由于攝像機所拍攝的方向不 同，可以得到各種圖形和圖像，如抽取出立方形物體的D點(diǎn)數和平行線(xiàn)組數等立方體的 共同特征，參照事先存儲在計算機中的物體特征表，便可以識別立方體了。目前，服務(wù)機 器人“眼睛”不僅可以識別出簡(jiǎn)單形狀的物體，對于曲面物體或電子元件等復雜形狀的物 體和室外景物識別也有了很大的進(jìn)展。服務(wù)機器人“眼睛”識別物體可以用于各類(lèi)產(chǎn)品外觀(guān)檢查，零件分選和整機裝配等許多方面。下面介紹一個(gè)服務(wù)機器人“眼睛”的實(shí)例。

圖2.1所示的服務(wù)機器人“眼睛”是一個(gè)5 DOF 立體視覺(jué)系統，它能夠跟蹤和識別活 動(dòng)的目標。它是由 SCUT “智能計算機”科研團隊研制成功的。該“眼睛”包括兩個(gè)彩色 攝像機、圖像處理板、個(gè)人電腦、數據采集卡、5個(gè)直流電機、直流電機驅動(dòng)器�？紤]到主 動(dòng)跟蹤和目標特征與速度和魯棒性等要求，該“眼睛”以基于顏色的跟蹤算法為基礎，結 合目標特征跟蹤及目標運動(dòng)預測等就可以對活動(dòng)目標進(jìn)行跟蹤和識別。

SCUT 5 DOF 立體視覺(jué)系統跟蹤活動(dòng)目標的流程如圖2.2所示。在目標識別中，由 于目標特征跟蹤需要計算光流場(chǎng)，同時(shí)還要對多個(gè)特征進(jìn)行匹配等，計算量比基于顏色 的跟蹤算法更大，并且目標檢測采用了顏色模型等，所以在對目標進(jìn)行跟蹤時(shí)，機器人 “眼睛”以顏色跟蹤為主，在判斷顏色跟蹤失敗時(shí)，再啟用目標特征跟蹤及目標運動(dòng)預測， 直到顏色跟蹤恢復正常為止。

SCUT 5 DOF 立體視覺(jué)系統的控制原理如圖2.3所示，兩個(gè)彩色攝像機拍攝待識別 目標圖像，經(jīng)過(guò)圖像處理板后送入個(gè)人電腦進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)顏色或特征跟蹤算法處理后， 形成5個(gè)直流電機的轉角控制指令，并經(jīng)由數據采集卡和直流電機驅動(dòng)器放大后驅動(dòng)5個(gè)直流電機轉動(dòng)，從而帶動(dòng)兩個(gè)攝像機分別或共同作上、下、左、右、旋轉運動(dòng)，跟蹤待識 別目標。無(wú)論待識別的目標怎樣活動(dòng)，只要不離開(kāi)兩個(gè)攝像機的視覺(jué)范圍，這個(gè)跟蹤和 識別過(guò)程就一直持續地進(jìn)行下去。由圖2 .3可以看到，5個(gè)直流電機的輸出(它們的轉 動(dòng)，即兩個(gè)攝像機的運動(dòng))是直接連接到或者說(shuō)跟蹤目標的。