南京航空航天大學(xué)自然辯證法論文

1、南京航空航天大學(xué)自然辯證法論文 論文題目: 辯證法思想與機(jī)器視覺 院(部)名 稱: 航天學(xué)院 學(xué) 生 姓 名: 專 業(yè): 導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制 學(xué) 號(hào): SX1515037 論文提交時(shí)間: 2015年 12 月 16 日 自然辯證法論文摘 要自然辯證法是馬克思主義對(duì)于自然界和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律以及人類認(rèn)識(shí)自然改造自然的一般方法的科學(xué)。通過學(xué)習(xí)和運(yùn)用自然辯證法將有助于我們搞清科學(xué)和哲學(xué)的關(guān)系。本文通過自然辯證法的觀點(diǎn)主要論述了機(jī)器視覺的過程，以自然辯證法的觀點(diǎn)來分析機(jī)器視覺的處理過程。對(duì)機(jī)器視覺的發(fā)展成為歷史的必然在自然辯證法的指導(dǎo)下進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺，自然辯證法目 錄摘 要2目 錄3

2、第一章 前 言41.1 自然辯證法的學(xué)習(xí)意義41.2 論文主要完成任務(wù)4第二章 自然辯證法的內(nèi)涵52.1 自然辯證法的內(nèi)涵52.2 自然辯證法的基本原理62.2.1普遍聯(lián)系和永恒發(fā)展62.2.2對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律6第三章 三維重建831 三維重建簡介832 自然辯證法與三維重建的關(guān)系83.2.1 自然辯證法和圖像濾波的關(guān)系83.2.2 自然辯證法和特征提取的關(guān)系83.2.2 自然辯證法和特征點(diǎn)匹配的關(guān)系93.2.2 自然辯證法和相機(jī)標(biāo)定的關(guān)系93.2.3 自然辯證法和三維重建的關(guān)系10結(jié)束語11參考文獻(xiàn)12第一章 前 言1.1 自然辯證法的學(xué)習(xí)意義自然辯證法以自然、科學(xué)、技術(shù)以及科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的關(guān)系

3、為研究對(duì)象，它揭示了人類認(rèn)識(shí)和改造自然的一般規(guī)律以及科學(xué)發(fā)展的一般規(guī)律。結(jié)合這些過來，我們?cè)趯W(xué)習(xí)和探索未知領(lǐng)域能夠找到正確的方向，解決學(xué)科問題。因此學(xué)習(xí)自然辯證法對(duì)我們擁有很大的指導(dǎo)意義。三維重建是指對(duì)三維物體建立適合計(jì)算機(jī)表示和處理的數(shù)學(xué)模型,是在計(jì)算機(jī)環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行處理、操作和分析其性質(zhì)的基礎(chǔ),也是在計(jì)算機(jī)中建立表達(dá)客觀世界的虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)應(yīng)測繪，航天等都有很廣泛的應(yīng)用。1.2 論文主要完成任務(wù)本論文主要探討自然辯證法對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理當(dāng)中的指導(dǎo)作用：第一章對(duì)自然辯證法和三維重建的簡介第二章概述了自然辯證法的一些內(nèi)涵和基本的原理第三章是自然辯證法在三維重建過程中的應(yīng)用。第二章 自然辯

4、證法的內(nèi)涵2.1 自然辯證法的內(nèi)涵自然辯證法是馬克思主義關(guān)于自然界和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律以及人類認(rèn)識(shí)自然、改造自然的一般方法的科學(xué),是辯證唯物主義的自然觀、科學(xué)技術(shù)觀和科學(xué)技術(shù)方法論。它主要研究自然界發(fā)展的總規(guī)律、人與自然相互作用的規(guī)律以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律和科學(xué)技術(shù)研究的方法。馬克思、恩格斯全面系統(tǒng)地概括了他們所處時(shí)代的科學(xué)技術(shù)的成就,批判吸取了前人思想的合理成分,系統(tǒng)地論述了辯證唯物主義自然觀、自然科學(xué)發(fā)展過程及其規(guī)律性,以及科學(xué)認(rèn)識(shí)方法辯證法,以恩格斯的自然辯證法為標(biāo)志,創(chuàng)立了自然辯證法繼續(xù)發(fā)展的廣闊道路。自然辯證法是馬克思主義哲學(xué)的一個(gè)重要組成部分,在辯證唯物主義哲學(xué)體系中,自然

5、辯證法與歷史唯物論相并列。自然辯證法是集中研究自然界和科學(xué)技術(shù)的辯證法,是唯物主義在自然界和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用,它的原理和方法主要適用于自然領(lǐng)域和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域,能夠很好地指導(dǎo)我們進(jìn)行科學(xué)研究活動(dòng)。自然辯證法是指導(dǎo)自然科學(xué)研究發(fā)展的思想武器。恩格斯用大量的科學(xué)材料論述了自然辯證法,著重指出自然辯證法對(duì)自然科學(xué)研究的指導(dǎo)意義。恩格斯指出:“自然辯證法對(duì)今天的自然科學(xué)來說是最重要的思維形式,因?yàn)橹挥兴艦榘l(fā)生于自然界中的發(fā)展過程,為自然界中的普遍聯(lián)系,為從一個(gè)研究領(lǐng)域到另一個(gè)研究領(lǐng)域的過渡提供類似物,并從而提供說明方法”。自然辯證法的規(guī)律是自然界以及人類社會(huì)和思維的一般規(guī)律。自然辯證法之所以對(duì)自然

6、科學(xué)研究起促進(jìn)作用,其基本原因在于,自然界本身是按照客觀辯證法運(yùn)動(dòng)發(fā)展的,而自然辯證法正是對(duì)自然界辯證本性的正確反映;同時(shí),人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)也是按照認(rèn)識(shí)的辯證法來進(jìn)行的,而辯證法的規(guī)律與自然界本身的辯證發(fā)展規(guī)律是高度一致的,因此,遵循辯證法的規(guī)律可以逐步揭示自然界的一些特殊的規(guī)律。2.2 自然辯證法的基本原理2.2.1普遍聯(lián)系和永恒發(fā)展聯(lián)系指事物內(nèi)部各要素之間和事物之間相互影響、相互制約和相互作用的關(guān)系。聯(lián)系的客觀性是指客觀事物所固有的，它不以人的意志為轉(zhuǎn)移。聯(lián)系具有普遍性：第一，任何事物內(nèi)部的不同部分和要素是相互聯(lián)系的，也就是說，任何事物都具有內(nèi)在的結(jié)構(gòu)性。第二，任何事物都不能孤立存在，都

7、同其他事物處于一定的相互聯(lián)系之中。第三，整個(gè)世界是相互聯(lián)系的統(tǒng)一整體。每一事物都是世界普遍聯(lián)系中的一個(gè)成分或環(huán)節(jié)，并通過它表現(xiàn)出聯(lián)系的普遍性。世界的普遍聯(lián)系是通過“中介”來實(shí)現(xiàn)的。所謂中介就是事物相互聯(lián)系的媒介、環(huán)節(jié)或橋梁。聯(lián)系具有多樣性，事物聯(lián)系的主要方式有：直接聯(lián)系與間接聯(lián)系、內(nèi)部聯(lián)系與外部聯(lián)系、本質(zhì)聯(lián)系與非本質(zhì)聯(lián)系、必然聯(lián)系與偶然聯(lián)系等。聯(lián)系的普遍性造成了事物普遍地以系統(tǒng)的形態(tài)存在著。所謂系統(tǒng)就是由相互聯(lián)系、相互作用的若干要素組成的具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和特定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)具整體性、結(jié)構(gòu)性、層次性和開放性。事物的永恒發(fā)展，發(fā)展的實(shí)質(zhì)是前進(jìn)的上升的運(yùn)動(dòng)，發(fā)展的實(shí)質(zhì)是新事物的產(chǎn)生和舊事物的滅亡。

8、新事物是指合乎歷史前進(jìn)方向、具有遠(yuǎn)大前途的東西;舊事物是指喪失歷史必然性、日趨滅亡的東西。新生事物是不可戰(zhàn)勝的。事物的發(fā)展是一個(gè)過程。 所謂過程是指一切事物都有其產(chǎn)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)化為其他事物的歷史，都有它的過去、現(xiàn)在和未來。自然界、人類社會(huì)和思維領(lǐng)域中的一切現(xiàn)象都是作為一個(gè)過程而向前發(fā)展的。恩格斯指出：“世界不是既成事物的集合體,而是過程的集合體。”這是唯物辯證法的“一個(gè)偉大的基本思想”。2.2.2對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律即矛盾規(guī)律，是辯證法的核心概念。矛盾是事物或事物之間的對(duì)立和統(tǒng)一及其關(guān)系，簡言之，矛盾即對(duì)立統(tǒng)一。對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律是唯物辯證法體系中的實(shí)質(zhì)和核心。矛盾分析方法是唯物辯證法的根本方法

9、。矛盾的同一性和斗爭性是矛盾的兩種基本屬性或兩種基本性質(zhì)，矛盾的同一性是指矛盾雙方相互依存、相互貫通的性質(zhì)和趨勢(shì)。它有二層含義：矛盾雙方相互依存，在一定的條件下共處于一個(gè)統(tǒng)一體中;矛盾雙方相互滲透、相互貫通，在一定條件下矛盾的雙方相互轉(zhuǎn)化。矛盾的斗爭性是指矛盾雙方相互排斥、相互對(duì)立、相反的性質(zhì)和趨勢(shì)。矛盾的同一性和斗爭性是相互聯(lián)系、相互制約的。一方面，同一性不能脫離斗爭性而存在，沒有斗爭性就沒有同一性。因?yàn)槊艿耐皇且圆顒e和對(duì)立為前提的，是包含差別和對(duì)立的同一。另一方面，斗爭性也不能脫離同一性而存在，斗爭性寓于同一性之中。矛盾同一性和斗爭性相互聯(lián)結(jié)和制約的原理，要求我們?cè)诜治龊徒鉀Q矛盾時(shí)，必

10、須從對(duì)立中把握同一，同一中把握對(duì)立，這是辯證認(rèn)識(shí)的實(shí)質(zhì)所在。矛盾的同一性在事物發(fā)展中的作用：由于矛盾雙方相互依存，互為存在的條件，矛盾雙方可以利用對(duì)方的發(fā)展使自己得到發(fā)展。由于矛盾雙方相互包含，矛盾雙方可以相互吸取有利于自身的因素而得到發(fā)展。由于矛盾方彼此相通，矛盾雙方可以向著自己的對(duì)立面轉(zhuǎn)化而得到發(fā)展，并規(guī)定著事物發(fā)展的方向。矛盾的斗爭性在事物發(fā)展中的作用斗爭推動(dòng)矛盾雙方力量對(duì)比發(fā)生變化，造成事物的量變。斗爭促使矛盾雙方的地位或性質(zhì)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)事物的質(zhì)變。 第三章 三維重建31 三維重建簡介機(jī)器視覺使之通過機(jī)器視覺產(chǎn)品將攝取的目標(biāo)轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)，傳送個(gè)專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息

11、，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。3D重塑是機(jī)器視覺一個(gè)很重要的應(yīng)用領(lǐng)域，它是指在通過標(biāo)定好的相機(jī)攝取的多角度的圖片，通過建立的相機(jī)坐標(biāo)系從而得到圖像的深度信息。實(shí)現(xiàn)從圖像到三維物體模型的過程。32 自然辯證法與三維重建的關(guān)系3.2.1 自然辯證法和圖像濾波的關(guān)系圖像濾波是三維重建的第一步。圖像濾波，即在盡量保留圖像細(xì)節(jié)特征的條件下對(duì)目標(biāo)圖像的噪聲進(jìn)行抑制，是圖像預(yù)處理中不可缺少的操作，其處理效果的好壞將直接影響到后續(xù)圖像處理和分析的有效性和可靠性。在圖像濾波中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在一個(gè)情況下一個(gè)

12、特征是用信號(hào)，在另外一個(gè)情況下這個(gè)特征卻是噪聲。有用信號(hào)和噪聲就是一對(duì)矛盾，這充分體現(xiàn)了矛盾雙方的相互制約，相互轉(zhuǎn)化的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律。3.2.2 自然辯證法和特征提取的關(guān)系特征提取是三維重建的第二步，特征提取是計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理中的一個(gè)概念。它指的是使用計(jì)算機(jī)提取圖像信息，決定每個(gè)圖像的點(diǎn)是否屬于一個(gè)圖像特征。特征提取的結(jié)果是把圖像上的點(diǎn)分為不同的子集，這些子集往往屬于孤立的點(diǎn)、連續(xù)的曲線或者連續(xù)的區(qū)域。圖像特征提取是很重要的一步，相應(yīng)的也產(chǎn)生了許許多多的算法。其中在針對(duì)邊緣檢測中，Harris方法思想獨(dú)特，它是將邊緣檢測和橢圓結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)任意方向的邊緣檢測，解決了邊緣檢測對(duì)方向敏感性的

13、難題。這充分體現(xiàn)了自然辯證法認(rèn)為事物是普遍聯(lián)系的原理。知道我們從另外一個(gè)角度思考問題，從而巧妙的解決各種問題。3.2.2 自然辯證法和特征點(diǎn)匹配的關(guān)系特征點(diǎn)匹配是三維重建的第三步，也是最有技術(shù)難度的一步。圖像匹配是指通過一定的匹配算法在兩幅或多幅圖像之間識(shí)別同名點(diǎn)，如二維圖像匹配中通過比較目標(biāo)區(qū)和搜索區(qū)中相同大小的窗口的相關(guān)系數(shù)，取搜索區(qū)中相關(guān)系數(shù)最大所對(duì)應(yīng)的窗口中心點(diǎn)作為同名點(diǎn)。其實(shí)質(zhì)是在基元相似性的條件下，運(yùn)用匹配準(zhǔn)則的最佳搜索問題。怎樣消除特征點(diǎn)算法的尺度敏感性、旋轉(zhuǎn)敏感性和光照敏感性問題。體現(xiàn)了自然辯證法中質(zhì)變是量變的必然準(zhǔn)備，量變是質(zhì)變的必然結(jié)果。3.2.2 自然辯證法和相機(jī)標(biāo)定的關(guān)

14、系相機(jī)標(biāo)定是三維重建的第四步，在圖像測量過程以及機(jī)器視覺應(yīng)用中，為確定空間物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，必須建立相機(jī)成像的幾何模型，這些幾何模型參數(shù)就是相機(jī)參數(shù)。在大多數(shù)條件下這些參數(shù)必須通過實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能得到，這個(gè)求解參數(shù)的過程就稱之為相機(jī)標(biāo)定（或攝像機(jī)標(biāo)定）。無論是在圖像測量或者機(jī)器視覺應(yīng)用中，相機(jī)參數(shù)的標(biāo)定都是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其標(biāo)定結(jié)果的精度及算法的穩(wěn)定性直接影響相機(jī)工作產(chǎn)生結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，做好相機(jī)標(biāo)定是做好后續(xù)工作的前提，提高標(biāo)定精度是科研工作的重點(diǎn)所在。相機(jī)標(biāo)定是三維重建的前提，如何能夠快速簡單的實(shí)現(xiàn)相機(jī)的標(biāo)定，關(guān)系到三維重建推廣的可行性和復(fù)雜性。在

15、這個(gè)當(dāng)中，如何把握事物的質(zhì)是關(guān)鍵，著名學(xué)者張正友，結(jié)合自己的工程經(jīng)驗(yàn)和思考，在3維標(biāo)定的基礎(chǔ)上提出了2維標(biāo)定的方法，極大了簡化了標(biāo)定的難度、成本和可操作性，之后在2維標(biāo)定的基礎(chǔ)上有提出了1維標(biāo)定的方法。這充分體現(xiàn)了自然辯證法當(dāng)中事物是永恒發(fā)展的規(guī)律。3.2.3 自然辯證法和三維重建的關(guān)系三維重建是指對(duì)三維物體建立適合計(jì)算機(jī)表示和處理的數(shù)學(xué)模型,是在計(jì)算機(jī)環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行處理、操作和分析其性質(zhì)的基礎(chǔ),也是在計(jì)算機(jī)中建立表達(dá)客觀世界的虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。在計(jì)算機(jī)視覺中, 三維重建是指根據(jù)單視圖或者多視圖的圖像重建三維信息的過程. 由于單視頻的信息不完全,因此三維重建需要利用經(jīng)驗(yàn)知識(shí). 而多視圖的三維重建(類似人的雙目定位)相對(duì)比較容易, 其方法是先對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定, 即計(jì)算出攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的關(guān)系.然后利用多個(gè)二維圖像中的信息重建出三維信息。三維重建的過程就是在前面的基礎(chǔ)上，有圖像中每個(gè)點(diǎn)的信息，反解除這些點(diǎn)在三維中的模型。體現(xiàn)了量變到質(zhì)變的關(guān)系原理。結(jié)束語用科學(xué)的邏輯思維方法認(rèn)識(shí)事物才會(huì)清楚的了解其過去、現(xiàn)在和未來, 三維重建處理的過程同