計(jì)算機(jī)視覺教程CCV10

1、第10章三維景物恢復(fù)10.1 由光移恢復(fù)表面朝向10.2 從明暗恢復(fù)形狀10.3 紋理變化與表面朝向10.4 根據(jù)焦距確定深度10.1 由光移恢復(fù)表面朝向10.1.1表面反射特性10.1.2目標(biāo)表面朝向10.1.3反射圖10.1.4光度立體學(xué)求解10.1.1表面反射特性在成像中，場景亮度對應(yīng)光源表面射出的光通量，而圖像照度則對應(yīng)圖像平面得到的光通量1.雙向反射分布函數(shù)一條光線I的方向可用該光線與面元法線間的夾角q（稱為極角）和該光線在目標(biāo)表面的正投影與參考線之間的夾角f（稱為方位角）表示第10章10.1.1表面反射特性1.雙向反射分布函數(shù)f(qi, fi; qe, fe)表示當(dāng)光線沿方向(qi

2、, fi)入射到物體表面而觀察者在方向(qe, fe)所觀察到的表面亮度和照度的比值10.1.1表面反射特性1.雙向反射分布函數(shù)擴(kuò)展光源整個表面照度整個表面的亮度10.1.1表面反射特性2.理想散射表面理想散射表面也稱朗伯表面，從所有觀察方向看它都是同樣亮的，并且它完全不吸收地反射所有入射光。朗伯表面的BRDF即f(qi, fi; qe, fe)是個常數(shù)理想散射表面在具有均勻照度E的“天空”之下時10.1.1表面反射特性3.理想鏡面反射表面一個理想鏡面反射表面可將所有從(qi, fi)方向射入的光全部反射到(qe, fe)方向上10.1.2目標(biāo)表面朝向求切面上任意兩條不平行直線的外（叉）積就可

3、得到表面法線將(p, q)稱為表面梯度法線指向觀察者（取反向）10.1.3反射圖點(diǎn)光源照射一個朗伯表面場景亮度與表面朝向的關(guān)系函數(shù)為R(p, q)，將其作為梯度(p, q)的函數(shù)，以等值線形式畫出而得到的圖稱為反射圖10.1.3反射圖對由一個遠(yuǎn)距離的點(diǎn)光源照明的朗伯面10.1.3反射圖反射圖表示了表面照度與表面朝向的依賴關(guān)系圖像亮度約束方程一個朗伯表面的球體被一個點(diǎn)光源所照明10.1.4光度立體學(xué)求解從由p和q所確定的表面朝向到由反射圖R(p, q)所確定的亮度間的對應(yīng)關(guān)系是唯一的，但反過來卻不一定。利用在不同光線下采集的兩幅圖像，可對每個圖像點(diǎn)生成兩個方程10.1.4光度立體學(xué)求解兩幅在不同

4、光照條件下（同一個光源處于兩個不同位置）采集得到的對應(yīng)圖像將各點(diǎn)的朝向矢量畫出的結(jié)果10.2 從明暗恢復(fù)形狀10.2.1 明暗與形狀10.2.2 求解亮度方程10.2.1明暗與形狀1.明暗法圖像上明暗變化的分布取決于4個因素：物體（正對觀察者）可見表面的幾何形狀，光源的入射強(qiáng)度和方向，觀察者相對物體的方位和距離，物體表面的反射特性10.2.1明暗與形狀1.明暗法光源來自觀察者背后且為平行光線光線不是以i = e的角度入射的一般情況10.2.1明暗與形狀2.梯度空間法 借助梯度空間法可以理解由平面相交而形成的結(jié)構(gòu)當(dāng)S和G同號時，表明兩個面組成凸結(jié)構(gòu)，而當(dāng)S和G異號時，則表明兩個面組成凹結(jié)構(gòu)10.

5、3 紋理變化與表面朝向10.3.1 三種典型變化10.3.2 確定線段的紋理消失點(diǎn)10.3.1三種典型變化1.利用紋理元尺寸的變化位置不同的紋理元在投影后尺寸會產(chǎn)生不同的變化紋理梯度的方向取決于紋理元繞攝像機(jī)軸線旋轉(zhuǎn)的角度，而紋理梯度的數(shù)值給出紋理元相對視線傾斜的傾斜度10.3.1三種典型變化2.利用紋理元形狀的變化物體表面紋理元的形狀在透視投影和正交投影成像后有可能發(fā)生一定的變化橢圓主軸的取向確定了相對于攝像機(jī)軸線旋轉(zhuǎn)的角度，而長短軸長度的比值反映了相對視線傾斜的傾斜度10.3.1三種典型變化3.利用紋理元之間關(guān)系的變化如果紋理是由有規(guī)律的紋理元柵格所組成，則可通過計(jì)算其消失點(diǎn)來恢復(fù)表面朝向

6、信息連接這兩個點(diǎn)的直線的方向指示紋理元相對于攝像機(jī)軸線旋轉(zhuǎn)的角度，而這條連線與x = 0的交點(diǎn)指示了紋理元相對視線的傾斜角10.3.1三種典型變化10.3.2確定線段的紋理消失點(diǎn)圖象空間中的直線可表示為變換x, y l, q 將圖象空間XY中的一條直線映射為參數(shù)空間LQ 中的一個點(diǎn)，而圖象空間XY中具有相同消失點(diǎn)(xv, yv)的直線集合被投影到參數(shù)空間LQ 中的一個圓上（見如下） 將 和q = arctany/x代入 10.3.2確定線段的紋理消失點(diǎn)再轉(zhuǎn)到直角坐標(biāo)系中這個圓是所有以(xv, yv)為消失點(diǎn)的線段集合投影到LQ 空間中的軌跡 10.3.2確定線段的紋理消失點(diǎn)兩個缺點(diǎn)： 圓檢測比

7、直線困難，計(jì)算量也大 當(dāng)xv 或yv 時，有l(wèi) 改用變換x, y k/l, q 在無窮遠(yuǎn)的消失點(diǎn)就可投影到原點(diǎn)，而且具有相同消失點(diǎn)(xv, yv)的線段所對應(yīng)的點(diǎn)在 ST空間的軌跡成了一條直線 直線方程10.3.2確定線段的紋理消失點(diǎn)空間ST里的直線在空間RW里為一個點(diǎn)哈夫變換消失點(diǎn)的坐標(biāo)為 10.4 根據(jù)焦距確定深度景深由滿足清晰程度的最遠(yuǎn)點(diǎn)和最近點(diǎn)所確定10.4 根據(jù)焦距確定深度景物最近點(diǎn)距離為景物最遠(yuǎn)點(diǎn)距離為景深10.4 根據(jù)焦距確定深度當(dāng)使用焦距較長的鏡頭時，最近點(diǎn)距離和最遠(yuǎn)點(diǎn)距離會比較接近，所獲得的景深會比較小。這樣就有可能根據(jù)對焦距的測定來確定景物的距離際應(yīng)用中，對一個給定的景物點(diǎn)，調(diào)節(jié)焦距使對它的成像清晰，則此時的焦距就指示與它的距離；而對一幅以一定焦距拍攝的圖像，其上清晰的像素點(diǎn)所對應(yīng)的景物點(diǎn)的深度也可以計(jì)算出來教程作者（章毓晉）聯(lián)系信息 通信地址：