第 21 课,共 28 课 · 用好 AI
什么是计算机视觉?
计算机视觉是让计算机理解图像和视频的 AI 领域,包括识别物体、读取文字、发现人脸和追踪运动。手机相册搜索、文档扫描、工厂质检和驾驶辅助都依靠它。视觉模型不是靠人工编写的规则,而是从大量带标注的示例图片中学会事物的样子。
计算机视觉能做什么
计算机视觉是一组任务的统称,每项任务回答关于图像的不同问题。一个好记的方法是想象:面对一张繁忙街道的照片,每项任务会在上面画出什么。
- 图像分类:图里有什么?它会回答“一条有汽车的街道”。
- 目标检测:每样东西在哪里?它会给每辆车、每个人画上方框。
- 图像分割:哪些像素属于哪样东西,就像沿着轮廓涂色。
- 光学字符识别(OCR):图中的文字写了什么?它会把招牌上的字打出来。
- 目标追踪:在视频里,每样东西从这一帧移动到了下一帧的哪里?
计算机如何“看”
对计算机来说,一张照片就是一个数字网格。每个小点叫作像素,用红、绿、蓝三个亮度值来存储。一张手机照片有几百万个像素,而这些数字本身并没有写着“猫”。
视觉模型从训练样本中学会数字模式与含义之间的联系。它通常是一个神经网络:由许多层简单的数学单元组成,在学习中不断自我调整。经典的卷积神经网络用小型滤波器在图像上逐块扫描:前几层对边缘和颜色有反应,后面的层识别眼睛、车轮等形状,最后几层识别完整的物体。ImageNet 等大型标注图库,以及从 2010 年起每年举办的识别挑战赛,推动了这一领域的快速进步。较新的视觉 Transformer 则把图像切成小块,有点像把它们当作句子里的词来处理。
你在哪些工具里会遇到它
计算机视觉是应用最广的 AI 之一,大多安静地运行在其他产品里:
- 手机:人脸解锁、在相册里搜索“海滩”、用摄像头翻译路牌。
- 文档:能读取小票、证件和发票的扫描应用与报销工具。
- 商店与工厂:自助结账、清点库存、在生产线上发现瑕疵。
- 汽车:车道保持、泊车影像和行人提醒。
- AI 助手:能读懂截图和照片的多模态聊天工具。
它不是什么,以及它的局限
计算机视觉是分析图像,而不是生成新图片;生成图片属于生成式 AI,尽管两者都依赖相似的学习表示。视觉模型也不像人那样理解场景,它只是识别训练中见过的模式。
因此,在光线差、角度少见、物体罕见,或者训练数据中代表性不足的人群和场景下,准确率可能下降,甚至产生带偏见的结果。人脸识别尤其涉及隐私和法律问题,一些司法辖区对其用途有所限制。在医学影像、身份核验等重要场景,视觉模型应当辅助专业人员,而不是取代他们。
示例
把图片看成一组数字
代码示例# pip install pillow
from PIL import Image
img = Image.open("photo.jpg").convert("RGB")
print(img.size) # (宽, 高),单位是像素
tiny = img.resize((3, 2)) # 缩小到 3 x 2 像素
for pixel in tiny.getdata():
print(pixel) # (红, 绿, 蓝),每个值 0-255这段 Python 小脚本用免费的 Pillow 库打印出任意照片背后的原始数字。所有视觉模型都从这样的数字出发,训练让它学会:在几百万个数字中,哪些模式代表“人脸”“小票”或“焊缝裂纹”。
要点
- 计算机视觉让计算机理解图像和视频:分类、检测、分割、读取文字和追踪。
- 对计算机而言,图像是数字网格;模型学会哪些模式代表哪些物体。
- 它运行在日常工具中,从手机摄像头到小票扫描,再到汽车安全功能。
- 它识别的是模式而非真正理解场景,光线、角度和有偏差的数据都会导致错误。
- 人脸识别等涉及人的应用有隐私和法律上的限制。
在 Mindber 上试试
相关术语
相关主题
常见问题
计算机视觉和图像识别是一回事吗?
图像识别只是计算机视觉的一部分。识别(也叫分类)回答的是图里有什么;计算机视觉是更大的领域,还包括定位物体、逐像素勾勒轮廓、读取文字、估算深度、追踪视频中的运动,以及重建三维场景。
计算机视觉属于 AI 吗?
属于。现代计算机视觉是人工智能的一个分支,主要建立在机器学习之上:模型从带标注的图片中学习,而不是遵循人工编写的规则。早期系统依靠人工设计的规则,例如用固定公式检测边缘;这类技术的简单版本至今仍用于读取条形码等可预测的任务。
不会编程能用计算机视觉吗?
可以。许多应用已经把它封装成日常功能:把文档扫描成可编辑文字、去除照片背景、根据货架照片清点库存,或为视力不佳的人描述图片内容。多模态聊天助手也能让你上传图片并就其提问。只有想训练或集成自己的模型时,才需要编程。
来源
- ImageNet Large Scale Visual Recognition Challenge. Russakovsky et al., arXiv, 2014年9月
- Deep Residual Learning for Image Recognition. He et al., arXiv, 2015年12月
- An Image is Worth 16x16 Words: Transformers for Image Recognition at Scale. Dosovitskiy et al., arXiv, 2020年10月
最后更新