前沿进展 | 视觉传感机理与数据处理研究综述
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传统视觉感知以光学图像和视频图像为主要数据源 ，借助计算机视觉的发展取得了巨大成功。然而光学成像也存在着光谱 、采样速度、测量精度、可工作条件等方面的限制。近年来，视觉感知的新机理和新数据处理技术的迅速发展，为提升感知和认知能力带来了重大机遇，同时也具有重要的理论价值和重大应用需求。
今天图图推荐的是发表在《中国图象图形学报》2020年第1期的综述论文《视觉传感机理与数据处理进展》，由中国图象图形学学会视觉传感专业委员会牵头组织撰写 ，厦门大学王程教授主笔，厦门大学、西安电子科技大学 、国防科技大学、中国科学院西安光学精密机械研究所和中国科学院声学研究所等相关研究团队共同推出。
题目：视觉传感机理与数据处理进展
作者：王程,陈峰,吴金建,赵勇,雷浩,刘纪元,汶德胜
单位：中国图象图形学学会视觉传感专业委员会
关键词：视觉传感，激光扫描，合成孔径声呐，新体制动态成像，计算成像，位姿感知
引用格式：王程, 陈峰, 吴金建, 赵勇, 雷浩, 刘纪元, 汶德胜. 2020. 视觉传感机理与数据处理进展. 中国图象图形学报, 25(1): 19-30.
[DOI: 10.11834/jig.190404]
全文链接：
http://www.cjig.cn/html/jig/2020/1/20200102.htm
重点围绕激光扫描、新体制动态视觉成像、水声声呐成像、位姿感知等研究方向进行综述。
从发展现状、前沿动态、热点问题和发展趋势角度进行分析，以期为相关研究者提供参考。
1）激光扫描成像(laser scanning)是通过激光器以主动发射激光的方式，根据激光测距的原理来感知真实的3维世界。通过激光扫描获取的3维点云数据能充分地表达现实场景中重要的3维几何形状信息以及深度信息。
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2）动态视觉传感器(DVS)是一种新型的动态成像传感器，成像速度不受曝光时间和帧速率限制，像素的响应时间在微秒甚至纳秒级，且输出信号格式不是帧而是运动物体激发的事件流，在检测超高速运动物体方面有极大优势。
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3）水声成像探测技术是对海洋空间进行全面和细致观察的重要手段之一，在海洋探索和观测中发挥着重要的作用。
4）位姿感知是求解目标本体坐标系相对于参考坐标系的变换关系的过程。基于视觉测量目标的位姿感知，就是用单目或多目摄像机采集任务目标的图像，解算目标体坐标系相对于测量像机组基准坐标系的位姿参数。
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国外在硬件方面的领先优势依然显著，且在点云数据采集、预处理上有较强实力。
国内许多机构和团队在数据处理算法方面已经达到与国际同步或领先水平，同时在点云数据的应用领域也更广，学科间交叉融合也更加丰富。
未来在海量3维点云数据极简描述的视觉感知理论与方法研究、基于跨维度结构描述匹配的大范围户外场景匹配理论与方法研究等方面有极为广泛的应用。
DVS的硬件设计和制作工艺目前主要集中在国外研究机构，并且这些机构几乎都有十年左右的研究历史；国外相关机构在追踪、光流、定位、机器人、自动驾驶、3维重建、AR/VR等方面具备更为完善的理论体系，并有大量的优秀论文成果发表和应用实例。
国内几乎没有能独立生产DVS的机构；在基于事件(DVS信号)的应用和算法研究方面，国内专注于目标分类、目标识别和跟踪、立体匹配、超分辨率等领域，并取得了一定的突破和进展。
DVS最明显的优势是能捕捉高速运动的物体和高效低耗的处理方式，实时背景过滤功能在无人驾驶、轨迹分析等方面都有很大的前景，势必吸引更多关注。
在水下信息电子技术及产品方面，动态目标探测和针对水下静态小目标的水声成像技术一直是国内外研究的关注点。
国内水声成像的相关高新技术研究主要是以民用部门支持为主，如合成孔径声呐就是在国家“863”计划持续支持下发展起来的。由于共性机理、关键技术、示范应用等难以在较短时间取得重大突破，国家持续稳定的支持是技术突破并走向产品化的重要保障。
深海小目标探测声呐装备能力不足发展多基地成像声呐，一方面利用收发分置和较好的灵活性，另一方面可以充分利用目标的散射特性，获得比常规成像声呐更丰富的目标信息，获得更丰富的水下小目标特征信息量，从而提升水下小目标的探测率和识别率。
在非合作目标位姿成像感知方面，国际上拥有先进航天技术的国家和组织已开展了大量研究工作，部分技术已成功应用于实际的空间操作任务。
国内对于非合作目标的视觉测量起步较晚，围绕空间非合作目标交会对接、空间机器人在轨服务等应用项目也在进行中。然而，多数相关研究仍处于理论研究和地面实验验证阶段，还没有成熟的工程应用。
视觉定位和3维信息处理面临的主要挑战是鲁棒性。在获取目标初始位姿的前提下，专注于基于目标3维模型的位姿跟踪是研究的热点方向。在人工智能大潮下，如何将其与位姿感知进行结合，也是研究方向。
作者简介
王程，厦门大学信息学院教授、博士生导师，IET会士，主要研究方向为激光雷达点云处理、三维视觉、空间大数据分析。E-mail: cwang@xmu.edu.cn
陈峰，博士，主要从事遥感信息智能处理与应用方向研究。
E-mail: chenfeng105@gmail.com
吴金建，副教授、博士生导师，主要从事视觉感知建模、图像质量评价、机器学习等方向研究。
E-mail: jinjian.wu@mail.xidian.edu.cn
赵勇，教授、博士生导师，主要从事位姿成像感知、传感器设计等方向研究。E-mail:nudtzhy@163.com
雷浩，博士，主要从事图像处理、位姿成像感知等方向研究。
E-mail: leihao@opt.ac.cn
刘纪元，研究员、博士生导师，主要从事水声成像技术、自适应信号处理、阵列信号处理等方向研究。E-mail: ljy@mail.ioa.ac.cn
汶德胜，研究员、博士生导师，主要从事空间光学载荷技术、光电成像技术、快速信号处理技术等方向研究。E-mail: ven@opt.ac.cn
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