圖像和視頻作為人類獲取信息最直觀的載體，其蘊(yùn)含的視覺數(shù)據(jù)占據(jù)了現(xiàn)實(shí)世界信息總量的 80% 以上。圖像和視頻分析技術(shù)作為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的核心分支，旨在通過算法將原始像素?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)義信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)場(chǎng)景的空間理解與動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的時(shí)序關(guān)聯(lián)挖掘。從早期對(duì)圖像中物體的簡(jiǎn)單識(shí)別，到如今對(duì)視頻中復(fù)雜行為的預(yù)測(cè)，圖像和視頻分析已從單一任務(wù)的精度提升，發(fā)展為多任務(wù)協(xié)同、多模態(tài)融合的綜合智能系統(tǒng)，廣泛滲透到消費(fèi)電子、醫(yī)療健康、工業(yè)制造、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域，成為連接物理世界與數(shù)字智能的關(guān)鍵橋梁。本文將系統(tǒng)闡述圖像和視頻分析的核心技術(shù)演進(jìn)、任務(wù)體系、應(yīng)用場(chǎng)景及現(xiàn)存挑戰(zhàn)，揭示其從 “看見” 到 “理解” 的技術(shù)躍遷邏輯，展望未來(lái)發(fā)展方向。

圖像分析作為靜態(tài)視覺數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)，其核心目標(biāo)是從單幀圖像中提取空間信息并完成語(yǔ)義解讀，任務(wù)體系圍繞 “像素 - 區(qū)域 - 目標(biāo) - 場(chǎng)景” 的層級(jí)展開，技術(shù)演進(jìn)則體現(xiàn)了從手工特征依賴到深度學(xué)習(xí)自主特征學(xué)習(xí)的范式變革。早期圖像分析依賴手工設(shè)計(jì)的特征提取算法，通過人工定義的規(guī)則捕捉圖像中的邊緣、紋理、形狀等底層信息 —— 例如 HOG 特征通過統(tǒng)計(jì)局部區(qū)域的梯度方向分布刻畫物體輪廓，LBP 特征通過像素與鄰域的灰度對(duì)比捕捉表面紋理，這些特征在人臉檢測(cè)、簡(jiǎn)單目標(biāo)識(shí)別中曾發(fā)揮重要作用，但受限于人工設(shè)計(jì)的局限性，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜背景、光照變化與目標(biāo)形態(tài)差異，在自然場(chǎng)景圖像分析中的魯棒性不足。

深度學(xué)習(xí)的興起徹底重塑了圖像分析技術(shù)路徑，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）憑借其層級(jí)化特征提取能力，實(shí)現(xiàn)了從底層像素到高層語(yǔ)義的端到端學(xué)習(xí)。淺層卷積層通過小尺寸卷積核捕捉邊緣、顏色等細(xì)節(jié)信息，深層卷積層通過更大感受野整合全局上下文，形成 “細(xì)節(jié) - 語(yǔ)義” 協(xié)同的特征表達(dá)。ResNet 通過殘差連接解決深層網(wǎng)絡(luò)的梯度消失問題，使模型能深入學(xué)習(xí)復(fù)雜圖像的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)；Vision Transformer（ViT）則突破 CNN 的局部感受野限制，將圖像分割為離散 patch 并通過自注意力機(jī)制捕捉長(zhǎng)距離空間依賴，在圖像分類、目標(biāo)檢測(cè)等任務(wù)中實(shí)現(xiàn)精度突破。如今，圖像分析的核心任務(wù)已形成完整體系：圖像分類聚焦 “是什么”，如識(shí)別圖像中的物體類別（貓、狗、汽車）；目標(biāo)檢測(cè)關(guān)注 “在哪里”，通過邊界框定位圖像中多個(gè)目標(biāo)并分類；語(yǔ)義分割則實(shí)現(xiàn) “像素級(jí)標(biāo)注”，將每個(gè)像素劃分為特定類別（道路、建筑、行人），為細(xì)粒度場(chǎng)景理解提供支持；圖像修復(fù)、超分辨率重建等任務(wù)則聚焦圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化，通過算法彌補(bǔ)數(shù)據(jù)采集過程中的噪聲、模糊或缺失，為后續(xù)分析提供高質(zhì)量輸入。

視頻分析是在圖像分析基礎(chǔ)上引入時(shí)間維度的動(dòng)態(tài)視覺理解，其核心挑戰(zhàn)在于如何有效建模幀間時(shí)序關(guān)聯(lián)，從連續(xù)圖像序列中挖掘運(yùn)動(dòng)信息與行為邏輯。與靜態(tài)圖像相比，視頻數(shù)據(jù)不僅包含空間維度的像素分布，還蘊(yùn)含時(shí)間維度的動(dòng)態(tài)變化 —— 例如行人行走時(shí)的肢體運(yùn)動(dòng)、車輛行駛的軌跡變化、事件發(fā)展的先后順序，這些時(shí)序信息是理解視頻語(yǔ)義的關(guān)鍵。早期視頻分析依賴 “圖像分析 + 時(shí)序拼接” 的簡(jiǎn)單思路，通過對(duì)視頻幀逐一進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，再基于位置連續(xù)性關(guān)聯(lián)幀間目標(biāo)，這種方法忽略了幀間的運(yùn)動(dòng)依賴，在目標(biāo)快速運(yùn)動(dòng)、遮擋或場(chǎng)景復(fù)雜時(shí)易出現(xiàn)跟蹤漂移、行為誤判。