本书面向人工智能、机器人工程、智能科学与技术等本科专业师生。立足人工智能技术前沿领域，系统阐释人工智能核心技术原理与实践应用，培养读者在计算机视觉、机器人感知及智能系统开发方面的综合能力。本书围绕人工智能技术的两大核心方向（计算机视觉与智能机器人）展开，全书共8章。第1章系统解析计算机视觉与智能机器人的核心定义、技术特征及发展脉络；第2章深入剖析成像原理，涵盖图像传感器技术（CMOS/CCD）、光学系统建模及图像采集关键技术；第3章构建数字图像处理知识体系，重点讲解图像增强、边缘检测与图像分割等核心算法；第4章揭示计算机视觉的光学理论基础，涵盖光学分辨率、畸变校正等工程实践关键问题；第5章聚焦机器学习与深度学习方法，阐释支持向量机、神经网络等算法的技术演进与实现原理；第6～7章构建机器人感知理论框架，系统讲解机器人运动学相关的坐标系与姿态表示法，以及机器人接触和压力的检测；第8章贯通理论与实践，详解ROS、OpenCV开源平台及其他开源平台在智能系统开发中的应用。

田全，男，研究生学历，2020年毕业于大连理工大学信号与信息处理专业。台州学院高级工程师、硕士生导师，曾任科技创新软件企业技术总监、副总经理，上市公司自动驾驶研发中心高级经理。主要从事射频信号处理，高级辅助驾驶与自动驾驶，循环平稳信号参数估计，以及计算机视觉等方向的研究与教学工作，近年来在《Signal Processing》《IEEE Communications Letters》等期刊发表学术论文20余篇，其中10余篇被SCI检索，出版教材1部，学术专著1部（国家科学技术学术著作出版基金资助项目）。

第1章 绪论 1
1.1 计算机视觉的定义 2
1.2 计算机视觉的特点与发展史 2
1.3 智能机器人的定义 7
1.4 智能机器人的特点与发展史 8
本章小结 15
思考与练习 16
第2章 成像原理 17
2.1 图像传感器 17
2.2 CMOS图像传感器 18
2.3 CCD图像传感器 23
2.4 CMOS和CCD的区别 27
2.5 摄像机模型 28
2.5.1 针孔相机模型 29
2.5.2 坐标系变换 31
2.5.3 摄像机的主要参数 31
2.6 光源的类型与选择 32
2.7 光源的照明方式 36
2.8 图像采集方式 38
本章小结 40
思考与练习 40
第3章 数字图像处理基础 41
3.1 模拟图像和数字图像 41
3.2 图像的颜色空间 43
3.3 图像格式 47
3.4 图像的噪声 50
3.5 图像增强 53
3.5.1 基于空间域的图像增强方法 54
3.5.2 基于频率域的图像增强方法 63
3.6 边缘检测 67
3.6.1 图像的边缘和边缘检测方法 68
3.6.2 边缘检测算子 69
3.7 图像分割 72
本章小结 79
思考与练习 79
第4章 计算机视觉系统的几何光学基础 80
4.1 计算机视觉中的光学系统及基本概念 80
4.2 孔径光阑与视场光阑 83
4.3 光学系统的分辨率 86
4.4 光学系统的焦深和景深 87
4.5 光学系统的像差 89
4.6 畸变的校正方法与工具 92
本章小结 96
思考与练习 97
第5章 机器学习与深度学习 98
5.1 机器学习概述 98
5.2 机器学习要解决的问题 99
5.2.1 分类问题 99
5.2.2 回归问题 101
5.2.3 聚类问题 104
5.2.4 规则学习问题 105
5.3 支持向量机 106
5.3.1 超平面分割和最大间隔 106
5.3.2 线性可分支持向量机 107
5.3.3 非线性可分支持向量机 107
5.4 核方法 108
5.4.1 表示定理 108
5.4.2 核函数的定义 108
5.4.3 常用的核函数 110
5.5 深度学习的发展历史 111
5.6 神经网络与深度学习 113
5.6.1 基本概念 113
5.6.2 BP神经网络 115
5.6.3 RBF神经网络 116
5.6.4 Hopfield神经网络 117
5.6.5 卷积神经网络 119
5.6.6 生成对抗网络 120
本章小结 122
思考与练习 122
第6章 机器人坐标系与姿态表示法 123
6.1 机器人的位姿描述 123
6.1.1 笛卡儿坐标系 123
6.1.2 机器人位姿描述 124
6.2 坐标变换 127
6.2.1 平移变换 127
6.2.2 旋转变换 128
6.2.3 复合变换 130
6.3 齐次坐标与齐次变换 131
6.3.1 齐次坐标 132
6.3.2 齐次变换 132
6.4 机器人姿态的其他表示法 133
6.4.1 四元数表示法 133
6.4.2 轴角表示法 134
6.5 机器人机构分类 135
6.5.1 串联机器人机构 135
6.5.2 并联机器人机构 136
6.5.3 其他机器人机构 137
本章小结 138
思考与练习 138
第7章 机器人接触和压力的检测 139
7.1 传感器的分类 139
7.2 接触传感器 140
7.2.1 微动开关 140
7.2.2 接近传感器 142
7.3 力觉传感器 156
7.3.1 压阻式压力传感器 156
7.3.2 压电式压力传感器 158
7.4 距离传感器 161
7.4.1 超声波传感器 161
7.4.2 激光测距传感器 165
7.5 姿态平衡传感器 166
7.5.1 陀螺仪的发展史 167
7.5.2 陀螺仪的结构 168
7.5.3 陀螺仪的工作原理 169
7.5.4 定轴性与进动性 169
7.5.5 陀螺仪的分类 170
本章小结 171
思考与练习 171
第8章 开源平台介绍 172
8.1 树莓派开源平台 173
8.2 Arduino开源平台 177
8.3 ROS 183
8.4 OpenCV开源库 186
本章小结 192
思考与练习 192