全天候机器人视觉

本书主要论述机器人视觉系统在复杂光照（如阴影，反光）与恶劣天气（如雨雪雾）等条件下的环境感知、建模、及图像预处理技术，实现机器人对外界光照环境的智能感知，使其具有全天候作业能力。

本书依托国家自然科学基金"共融机器人基础理论与关键技术研究"重大研究计划项目——面向室外复杂光照与气象条件的共融机器人多模感知系统（项目编号：91648118），以及国家自然科学基金面上项目——计算机视觉中自然光照建模及其恒常性计算（项目编号：61473280）等的研究成果，结合作者多年的科研及工程实践经验，针对复杂的光照环境与气象条件会明显降低机器人视觉鲁棒性的问题，主要从大气物理与光学成像的新角度出发去详细、系统地论述复杂光照（如阴影、反光）与恶劣天气（如雨雪雾）环境下机器人视觉系统的环境感知、建模与图像预处理技术。这些技术对提高机器人的自主环境感知能力具有一定的意义，使其具有全天候作业能力。本书主要内容包括光照建模与反射计算，成像建模与光照变换，阴影和反光的建模、检测与去除，本征图像获取与光照分解，雨雪雾的建模与去除，水下散射的建模与去除等，给出了一些机器人视觉应用实例，并进行了研究展望。

 

第1章绪论（1）
1.1机器人视觉简述（1）
1.2复杂光照及恶劣天气对机器人视觉的影响（2）
1.3颜色匹配函数与场景复现基础（6）
1.4全天候机器人视觉关键技术概述（12）
1.5本书的主要内容与结构（23）
参考文献（26）
第2章适于机器人视觉计算的光照与反射计算（29）
2.1引言（29）
2.2面向机器人视觉的室外光源光谱辐照度计算（32）
2.3波长灵敏度控制的反射比重建（43）
参考文献（50）
第3章成像建模与光照变换（52）
3.1数学相机成像建模（52）
3.2数字成像过程解析与仿真（54）
3.3相机响应函数估计（64）
3.5图像光照变换（69）
参考文献（70）
第4章阴影建模及检测（72）
4.1引言（72）
4.2阴影的三色衰减模型（73）
4.3阴影通道线性模型（76）
4.4基于三色衰减模型的阴影检测（83）
4.5基于线性模型的阴影检测（88）
4.6阴影检测特征评估（97）
参考文献（108）
第5章本征图像与光照分解（109）
5.1本征图像获取（110）
5.2本征光照分解空间（128）
参考文献（140）
第6章阴影及反光去除（141）
6.1基于线性模型的阴影去除（141）
6.2基于深度学习的阴影去除（144）
6.3反光去除（156）
参考文献（168）
第7章雨雪建模与去除（170）
7.1基于全局和局部低秩分解的雪花去除（170）
7.2基于矩阵分解的雨雪去除（178）
7.3基于深度学习的单幅图像雪花去除算法（186）
参考文献（195）
第8章图像去雾（197）
8.1基于隐区域分割和权重L1范数正则化的图像去雾（198）
8.2基于吸收透射率补偿及时空导向滤波的实时视频去雾（208）
参考文献（219）
第9章水下散射建模与处理（220）
9.1基于光场成像的强散射水下图像恢复（220）
9.2基于双透射率水下成像模型的图像颜色校正（232）
参考文献（240）
第10章应用实例与研究展望（242）
10.1全天候机器人视觉的应用实例（242）
10.2研究展望（259）
参考文献（261）