机器学习、计算机视觉和深度学习

这篇博客将简要介绍：机器学习和用于计算机视觉的机器学习。

想象一下：你可以使用人脸检测算法在图像或视频中定位人脸，非常适合自动标记（automated tagging）和组织你所有的自拍。或者图像生成呢，使用机器学习来创建全新的图像，看起来像是专业摄影师拍摄的。
或者光学字符识别或OCR，使用机器学习来数字化和分析图像中基于文本的信息——告别手动数据输入！
或者更高级的，使用神经辐射场或3D体积渲染等技术来创建超逼真的物体和场景的3D模型。

1 什么是机器学习？

机器学习（ML）是一个致力于理解和构建“学习”方法的研究领域，即利用数据来提高某些任务性能的方法。它被视为人工智能的一部分。

学习骑自行车是大多数人都经历过的过程。起初依靠父母或朋友的支持，当我们试图踩踏板并保持平衡时，他们会稳住自行车。渐渐地，通过练习，我们变得更擅长骑行，直到我们能够自信地独自骑行。我们成功地学会了一项新技能！
机器学习就像教电脑“骑自行车”。

研究人员和开发人员的目标是让计算机像我们一样从经验中学习。他们为计算机提供了许多例子和数据，类似于观察许多自行车骑行。然后，计算机处理这些信息并改进其能力，随着时间的推移提高其性能，就像我们在学习骑自行车时所做的那样。

无论是玩游戏、识别图像，还是协助完成复杂的任务，计算机都能熟练完成任务。机器学习使计算机能够学习并变得更加智能，为不断发展的技术格局做出贡献，丰富生活。

2 机器学习的类型

机器学习包括几种策略，教算法识别数据中的模式，在类似的环境中指导格式化的学习。这些策略包括：

• 监督学习（Supervised Learning）：这就像有一位老师向你展示例子并纠正你的错误。计算机从包含问题和答案的数据集中学习。示例：图像分类和时间序列分类。

• 无监督学习（UnSupervised Learning）：这就像在没有导游的情况下探索一个新的游乐场。计算机在不知道答案的情况下发现数据中的模式和组。示例：图像聚类和语义图像聚类。

• 半监督式学习（Semi-Supervised Learning）：这就像是在老师的帮助下学习和自我发现。计算机使用部分标记的数据集，从混合数据中学习，有些有答案，有些没有答案。例如：神经机器翻译、半监督和领域适应。

• 强化学习（Reinforcement Learning）：这就像通过试错来学习骑自行车。计算机通过做出决定、获得反馈和调整动作来学习。例如：教侧手翻保持平衡。

• 迁移学习（Transfer Learning）：这就像用你在数学课上所知道的来解决一个科学问题。计算机从一个领域获取知识，并将其应用于另一个类似的领域。示例：迁移学习和图像分类。

3 什么是计算机视觉？

计算机视觉是人工智能的一个领域，它使计算机和系统能够从数字图像、视频和其他视觉输入中获得有意义的信息，并根据这些信息采取行动或提出建议。如果人工智能使计算机能够思考，那么计算机视觉使它们能够看到、观察和理解。

计算机视觉是人工智能的一部分，帮助计算机“看到”和理解图像、视频和其他视觉效果。这就像给电脑一双眼睛来理解图片和视频中发生的事情。这有助于根据所见采取行动或提出建议。换句话说，计算机视觉允许计算机分析和学习视觉世界，就像我们用自己的眼睛一样。 计算机视觉应用的一个例子是面部识别技术。该技术应用于各种领域，例如：

• 人脸识别（Face Recognition）：人脸识别系统可以用于安全摄像头，以识别和跟踪公共空间或限制区域内的个人，从而增强安全和监控。

• 口罩检测器（Mask Detector）：这些系统可以自动检测个人是否戴口罩，自动化监管和安全。

• 年龄检测（Age Detector）：使用计算机视觉算法，从面部特征正确分析和预测年龄。

其他计算机视觉应用包括自动驾驶汽车（Autonomous Vehicles），该技术帮助汽车“看到”和导航环境，以及医学成像（Medical Imaging），通过分析X射线和核磁共振成像等医学图像来帮助诊断疾病。

4 计算机视觉的机器学习应用

机器学习和计算机视觉是人工智能的子领域，计算机视觉的机器学习使用算法来教计算机分析和理解视觉信息，如图像和视频。

通过将大量标记数据输入机器学习模型，计算机可以学习视觉数据中的模式、特征和关系，在出现新的、看不见的数据时做出预测或采取行动。机器学习算法显著提高了计算机视觉任务的性能和准确性。

机器学习在计算机视觉中的应用示例包括：

• 物体检测和识别（Object detection and recognition）：
  可以训练机器学习模型来识别和分类图像或视频中的对象。这可以应用于各种行业，如零售业（库存管理）、农业（作物监测）和制造业（质量控制）。

• 图像分割（Image Segmentation）：
  这包括将图像划分为不同的片段，以便对每个部分进行更详细的分析。它可以用于医学成像，以识别和隔离特定的感兴趣区域，如肿瘤或血管，也可以用于自动驾驶汽车，以区分路面、行人和其他车辆。

• 场景理解（Scene understanding）：
  机器学习模型可以通过识别和分析多个元素（如对象、人和背景）来训练以理解图像或视频的上下文。这在视频监控等领域很有用，通过了解场景的背景可以帮助检测异常或可疑活动。

• 面部识别和分析（Facial recognition and analysis）：
  机器学习技术可以识别个人、检测情绪或估计年龄和性别。这些功能应用于安全和监控、个性化营销，甚至娱乐行业，如视频游戏和虚拟现实体验。

机器学习已经让位于深度学习，这是一个新的快速发展的子领域，将神经网络（由矩阵组成的构建块）堆叠在一起，以实现高级图像处理。

5 总结

机器学习和计算机视觉彻底改变了解读和与周围世界互动的方式。随着这些技术的不断进步，它们将释放出曾经难以想象的新可能性和能力。通过结合强大的算法、大量的数据和对创新的不懈追求，我们见证了图像识别、物体检测和语义理解方面的显著改进。这种协同效应有可能改变行业，增强人类体验，并应对世界上一些最紧迫的挑战。

当拥抱机器学习和计算机视觉的无限可能性时，至关重要的是要牢记其道德含义，并共同努力，确保这些开创性工具的负责任和公平开发。

参考

• https://pyimagesearch.com/2023/03/30/machine-learning-computer-vision/