计算机视觉(Computer Vision)开发需要掌握数学基础、编程语言、图像处理、机器学习、深度学习等多个方面的知识。以下是一个系统的学习路线:
📌 1️⃣ 数学基础(核心理论支撑)
计算机视觉涉及很多数学概念,以下是必备数学知识:
✅ 线性代数(矩阵运算是计算机视觉的核心)
- 向量、矩阵运算(加减、乘法、转置)
- 特征值与特征向量
- SVD(奇异值分解),用于图像压缩、降维
- 齐次坐标变换(用于 3D 计算机视觉)
✅ 概率统计(机器学习和图像噪声处理)
- 概率分布(高斯分布、泊松分布)
- 贝叶斯定理(目标检测、图像去噪)
- 极大似然估计(MLE)
- 马尔可夫链 / HMM(隐马尔可夫模型)(视频跟踪)
✅ 微积分(卷积神经网络需要)
- 导数、偏导数(用于梯度计算)
- 梯度下降优化算法
- 卷积、傅里叶变换(图像处理)
🖥️ 2️⃣ 编程基础(工具 + 语言)
✅ 必备编程语言
语言 | 适用场景 |
---|---|
Python | 机器学习、深度学习、图像处理(OpenCV、TensorFlow、PyTorch) |
C++ | 高效计算、嵌入式系统(OpenCV、CUDA、SLAM) |
🔥 Python 计算机视觉库
OpenCV
→ 经典图像处理库NumPy
→ 矩阵运算scikit-image
→ 高级图像处理matplotlib
→ 数据可视化TensorFlow / PyTorch
→ 深度学习
🔥 C++ 计算机视觉库
OpenCV
→ 高性能图像处理Eigen
→ 线性代数运算PCL(Point Cloud Library)
→ 3D 视觉CUDA
→ GPU 加速计算
📷 3️⃣ 计算机视觉基础
(基于 OpenCV 和 NumPy 进行实践)
✅ 图像处理
- 读取、显示图像(
cv::imread()
、cv::imshow()
) - 灰度化 (
cv::cvtColor
) - 直方图均衡化
- 图像滤波(高斯模糊、中值滤波)
- 边缘检测(Canny 算法)
- 形态学处理(膨胀、腐蚀)
✅ 特征提取
- SIFT / SURF / ORB(关键点检测)
- HOG(方向梯度直方图)
- Harris 角点检测
- FAST / BRIEF 关键点匹配
✅ 目标检测
- 颜色分割(HSV 颜色空间)
- 轮廓检测(
cv::findContours
) - 物体跟踪(MeanShift, CamShift)
- 人脸检测(Haar 级联、DNN)
✅ 3D 视觉
- 双目视觉(Stereo Vision)
- 立体匹配(Stereo Matching)
- 深度估计(Depth Estimation)
- 点云处理(Point Cloud Library)
🤖 4️⃣ 机器学习基础
计算机视觉中,机器学习用于分类、检测、识别等任务。
✅ 经典算法
- 逻辑回归(Logistic Regression)
- KNN(K-最近邻分类)
- SVM(支持向量机)
- KMeans(聚类)
- PCA(主成分分析,降维)
✅ OpenCV 机器学习
cv::ml::SVM
(训练 SVM 进行分类)cv::ml::KNN
cv::ml::ANN_MLP
(多层感知机)
🔥 5️⃣ 深度学习
深度学习是现代计算机视觉的核心。
✅ CNN(卷积神经网络)
- 卷积(Convolution) → 特征提取
- 池化(Pooling) → 降维
- 批归一化(Batch Normalization)
- 激活函数(ReLU, Sigmoid, Softmax)
✅ 目标检测
- Faster R-CNN
- YOLO(You Only Look Once)
- SSD(Single Shot MultiBox Detector)
✅ 语义分割
- UNet(医学影像)
- DeepLab(语义分割)
✅ 目标跟踪
- SORT(简单在线目标跟踪)
- DeepSORT(基于深度学习的跟踪)
✅ 3D 视觉
- SfM(Structure from Motion) → 3D 重建
- SLAM(同时定位与建图)
🔥 深度学习框架
框架 | 适用场景 |
---|---|
TensorFlow / Keras | 高级深度学习开发 |
PyTorch | 研究型深度学习 |
ONNX | 模型部署(OpenCV DNN 兼容) |
🖥️ 6️⃣ 计算机视觉项目实践
学习计算机视觉需要实践,以下是一些常见项目:
项目 | 技术 |
---|---|
手写数字识别 | OpenCV + CNN(MNIST 数据集) |
人脸检测 | OpenCV Haar 级联 + DNN |
车牌识别 | OpenCV + Tesseract OCR |
目标检测(YOLO) | OpenCV DNN + YOLOv8 |
自动驾驶感知 | LiDAR 点云 + 目标检测 |
工业缺陷检测 | OpenCV + 深度学习 |
机器人 SLAM | ORB-SLAM + OpenCV |
🛠 7️⃣ 硬件与加速
✅ 必备硬件
- GPU(CUDA 加速) → 训练深度学习模型
- 嵌入式设备(Jetson Nano, Raspberry Pi) → 物联网视觉
- 深度摄像头(Intel RealSense, Kinect) → 3D 视觉
- 激光雷达(LiDAR) → 自动驾驶
✅ 硬件加速技术
- CUDA / cuDNN(NVIDIA GPU 加速)
- OpenCL(跨平台并行计算)
- TensorRT(深度学习推理加速)
🚀 8️⃣ 总结
学习计算机视觉的核心路线:
- 数学基础 → 线性代数、概率统计、微积分
- 编程语言 → Python(优先),C++(高性能)
- 图像处理 → OpenCV(滤波、边缘检测、特征提取)
- 机器学习 → SVM、KNN、KMeans
- 深度学习 → CNN、YOLO、TensorFlow/PyTorch
- 3D 视觉 → SLAM、点云处理、立体视觉
- 项目实战 → 车牌识别、目标检测、自动驾驶
🚀 计算机视觉=数学 + 代码 + 硬件 + 深度学习 🎯
想学好计算机视觉,最重要的是 → 多实践,多做项目! 🔥