第九章 3D视觉
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3D视觉技术的市场前景与应用
3D视觉技术的市场前景与应用第一章：市场前景3D视觉技术是比较新的一种技术，但是它的市场前景非常广阔。
据市场研究机构预测，未来几年3D视觉技术市场将呈现快速发展的趋势。
其中，智能手机、笔记本电脑、平板电脑等移动设备将成为3D视觉技术应用最为广泛的领域之一。
而随着VR、AR 等新兴技术的普及，3D视觉技术也将会得到更加广泛的应用。
根据市场预测数据显示，未来几年全球3D视觉技术市场规模将继续扩大，特别是在医疗、教育、娱乐等领域和3D打印、3D 电影等行业的应用将得到大幅度的提升。
同时，在细分市场中，3D相机和3D手机等产品的销售也将会迅速发展。
第二章：应用领域2.1 医疗领域3D视觉技术在医疗领域应用非常广泛。
比如，3D打印技术可以打印仿真器官，代替人体器官进行手术模拟和培训，以及在制造手术器械和医学模型方面有着广泛应用。
在医疗方面，未来3D打印技术将走向个性化定制领域，具有广阔的市场空间。
2.2 教育领域3D视觉技术在教育领域应用也十分广泛，可以用来制作课件、教学模型和教育视频等教育资源。
同时，3D视觉技术也可以提高学生的学习兴趣和学习效率，为教育行业带来更大的变革。
2.3 娱乐领域3D视觉技术在娱乐领域的应用也越来越广泛，比如3D电视、3D电影、3D游戏等。
其中，3D电影市场已经逐渐占据了整个电影市场的一席之地，而3D游戏市场也开始快速崛起。
2.4 工业领域3D视觉技术在工业领域的应用已经开始深入发展。
其中，3D扫描、3D建模、3D CAD等应用可以帮助企业提高产品设计效率、降低产品开发成本、提高产品品质和快速打造出完美的产品原型。
第三章：技术发展趋势3D视觉技术作为计算机图形学和数字图像处理的前沿科技之一，在技术领域的发展趋势也十分明显。
未来，3D技术将更加注重个性化化、高效率和多功能化的需求，以及对更丰富的使用场景和对更多元的任务的支撑。
具体包括以下几个方面：3.1 现代芯片技术的突破随着各类芯片技术的发展，未来将能够更加高效地实现3D视觉技术的应用，而在这不断发展的过程中，新一代的VR/AR/MR、AI、IoT等技术的引入将会更好的促进3D视觉技术的全面发展。
三维视觉基础介绍
(e)
(f)
(g)
(h)
几种全向摄像机
鱼眼镜头
Oc O
X
M
m
m0
球面成像过程
坐标系
1、世界坐标系： X w ,Yw , Z w
2、摄像机坐标系：X c ,Yc , Zc
3、图像坐标系: u, v x, y
Xw
Zw
Ow
Yw
世界坐标系
说明：
为了校正成像畸变
用理想图像坐标系 X u ,Yu
为了校正成像畸变为了校正成像畸变用理想图像坐标系用理想图像坐标系和真实图像坐标系和真实图像坐标系分别描述畸变前后的坐标关系分别描述畸变前后的坐标关系坐标系坐标系摄像机光学成像过程的四个步骤摄像机光学成像过程的四个步骤刚体变换刚体变换透视投影透视投影畸变校正畸变校正数字化图像数字化图像世界坐标系世界坐标系摄像机坐标系摄像机坐标系真实图像坐标系真实图像坐标系数字化图像坐标系数字化图像坐标系理想图像坐标系理想图像坐标系1刚体变换公式刚体变换公式齐次坐标形式齐次坐标形式物体物体图像图像fobfob为透镜的焦距为透镜的焦距mocmoc为像距为像距naonao一般地由于一般地由于于是于是这时可这时可以将透镜成像模型近以将透镜成像模型近似地用小孔模型代替似地用小孔模型代替透视投影透视投影透镜成像原理图透镜成像原理图写成齐次坐标形式为写成齐次坐标形式为透视投影透视投影小孔成像模型小孔成像模型写成齐次坐标形式为写成齐次坐标形式为中心透视投影模型中心透视投影模型dtpositionpositiondistortiondistortionidealidealpositionpositiondrdrdr
为什么要学习射影几何？
照相机的成像过程是一个射影变换(透视 或中心射影)的过程：
3d视觉产品标准
3d视觉产品标准3D视觉产品标准是指用于评价和确保3D视觉产品性能、质量、安全性和可靠性的一系列技术规范和测试方法。
这些标准通常由专业机构、行业协会或标准化组织制定。
以下是一些关键的3D视觉产品标准：1. 精度与分辨率：标准通常会定义3D视觉系统能够达到的精度和分辨率的要求。
这包括扫描精度、点云密度、表面重建质量等。
2. 扫描速度：3D视觉产品的扫描速度是衡量其性能的重要指标。
标准会规定在特定条件下，系统应能够在多少时间内完成扫描。
3. 软件算法：标准可能会涉及3D视觉软件的算法效率、准确性、易用性和兼容性。
4. 硬件要求：包括传感器、镜头、光源等硬件组件的性能标准，以及它们之间的协同工作能力。
5. 环境适应性：3D视觉产品在不同的环境条件下（如光照、温度、湿度等）应保持稳定的性能。
6. 安全性与合规性：确保3D视觉产品符合有关电气安全、数据保护和个人隐私等方面的法律法规。
7. 互操作性：定义不同3D视觉产品之间或与其他系统（如计算机、机器人等）的兼容性标准。
8. 校准与维护：提供3D视觉系统的校准方法和维护指南，以确保长期稳定运行。
9. 用户界面：标准可能会涉及用户界面的设计，包括易用性、可访问性和直观性。
10. 可靠性：包括产品的故障率、寿命周期和耐用性等指标。
11. 包装与运输：确保产品在包装和运输过程中不会受到损坏。
12. 回收与环保：考虑产品的可回收性和环境影响，遵循可持续发展的原则。
结束语：总之，这些标准有助于3D视觉产品制造商在设计和生产过程中确保产品质量和性能，同时也为用户在选择和使用3D视觉产品时提供了参考依据。
不同的应用领域（如工业自动化、医疗、娱乐等）可能会有特定的3D视觉产品标准。
3d视觉技术原理
3d视觉技术原理1 什么是3D视觉技术3D视觉技术是通过视觉系统来捕捉、处理和理解由照相机采集来的三维场景，实现自动的三维检测、定位、跟踪和分析的技术。
它是一种扩展的视觉感知技术，能够提供动态场景的实时、三维的表现，可以支持真实环境内各个方面的应用。
2 3D视觉技术的原理3D视觉技术主要是通过基于激光或光学的传感器和相机捕捉、处理和理解现实场景中的三维信息，实现自动的三维检测、定位、跟踪和分析。
传感器是3D视觉技术的核心组成部分，它能够捕捉场景中被检测物体的三维坐标和外观特征，全息摄影和可视激光雷达都是常用的3D 传感器种类，用于获取周围环境和物体的准确数据。
相机也是3D视觉技术的一个重要组成部分，它能够捕捉立体场景中的精彩瞬间，利用视觉系统处理图像，实现物体的定位、分析、追踪等功能。
3 3D视觉技术的应用3D视觉技术的应用范围非常广泛，它可以用于从制造业到消费者产品，从生物医学到智能移动设备，从机器人抓取到导航等领域。
研究者们正在将3D视觉技术应用于自动驾驶、智能家居、机器人等范畴，成为智能世界的重要支撑。
另外，3D视觉技术还可以用于监控和安全系统、建筑和工厂自动化、虚拟现实游戏、地图制作、机器人抓取等行业，为各种应用提供更加准确、高效、舒适的视觉反馈显示。
4 3D视觉技术的发展趋势随着传感器技术的发展，全息图像传感器、混合影像传感器等多种传感器的推出，不仅提升了三维视觉系统的性能，而且将给3D视觉技术带来更多的可能性。
同时，机器学习和计算机视觉技术也正在推动3D视觉应用的发展，加强计算机处理深度信息的能力。
未来，3D视觉技术将得到更加广泛的应用，与机器学习、去中心化存储、人工智能等技术的深度结合，将大力发展自动驾驶、机器人和智慧家庭等方面的应用，可以期待未来3D视觉技术将让我们的生活变得更美好。
3d计算机视觉原理、算法及应用
3D计算机视觉原理、算法及应用一、引言1. 介绍3D计算机视觉的定义和概念2. 引出本文的研究内容和重要性二、3D计算机视觉的原理1. 三维空间感知原理2. 深度信息获取原理3. 光学成像原理4. 相机标定原理三、3D计算机视觉的算法1. 点云处理算法a. 基于深度图像的点云重建算法b. 点云配准算法c. 点云滤波算法2. 结构光算法a. 相位偏移结构光算法b. 深度从模式结构光算法3. 立体视觉算法a. 视差计算算法b. 立体匹配算法c. 立体重建算法四、3D计算机视觉的应用1. 工业制造a. 三维扫描和建模b. 工件质量检测c. 机器人视觉引导2. 医疗健康a. 医学图像处理b. 三维影像重建c. 手术导航3. 虚拟现实a. 三维场景重建b. 视觉增强现实c. 人机交互界面五、3D计算机视觉的发展趋势1. 深度学习与3D视觉的结合2. 新型传感器技术的应用3. 3D视觉与大数据、云计算的融合六、结论1. 总结3D计算机视觉的重要性和发展现状2. 展望未来3D计算机视觉的发展前景通过以上对3D计算机视觉的原理、算法及应用的介绍，我们可以看到，3D视觉技术已经在各个领域得到了广泛的应用，并且随着技术的不断发展和创新，它将会在未来发挥更加重要的作用。
希望本文能够为相关领域的学者和工程师提供一些有益的参考和启发，推动3D计算机视觉技术的进一步发展。
三维计算机视觉是指利用计算机技术对三维场景进行感知、理解和处理的一种视觉技术。
它是在二维计算机视觉的基础上发展而来的，通过获取环境的三维信息，可以实现更加精确的场景感知和理解。
在工业制造、医疗健康、虚拟现实等领域都有着广泛的应用，为各行各业带来了巨大的便利和发展机遇。
三维计算机视觉的原理主要包括三维空间感知、深度信息获取、光学成像和相机标定。
其中，三维空间感知是指通过获取环境中物体的空间位置和姿态信息，从而对物体进行识别和理解。
深度信息获取则是指通过不同的传感器和技术手段获取物体的深度信息，包括激光雷达、结构光、双目相机等。
3d视觉技术的原理和应用有哪些
3D视觉技术的原理和应用有哪些1. 前言3D视觉技术是一种能够使图像或视频以立体感显示的技术，它通过模拟人眼的视觉机制，使观察者感受到真实的三维空间。
本文将介绍3D视觉技术的原理以及其在不同领域的应用。
2. 原理2.1 距离感知原理3D视觉技术最核心的原理是通过模拟人眼的视觉机制来感知物体的距离和深度。
人眼通过两只眼睛的视差效应来感知物体的远近，这种效应是指当物体离眼睛越近时，两只眼睛看到的图像差异就越大。
基于这个原理，3D视觉技术通过给观察者提供两个视角的图像，再结合适当的技术手段，使观察者感受到物体的远近和深度。
2.2 感知效果原理除了距离感知，3D视觉技术还依赖于其他视觉效果，如立体感和运动感。
立体感是指物体在三维空间中的真实感，通过透视原理和真实纹理来实现。
运动感是指物体在三维空间中的动态表现，通过快速切换图像来实现。
综合利用距离感知、立体感和运动感等原理，3D视觉技术能够创造出逼真的立体效果，使观察者获得沉浸式的视觉体验。
3. 应用领域3.1 电影和娱乐3D视觉技术在电影和娱乐领域有着广泛的应用。
当观众配戴3D眼镜观看电影时，画面中的场景和角色会以立体感呈现，给人一种身临其境的感觉。
此外，游戏和虚拟现实技术也采用了3D视觉技术，使玩家可以沉浸在虚拟世界中。
3.2 工业设计和制造在工业设计和制造中，3D视觉技术可以帮助设计师和制造商更好地展示产品原型和模型。
通过使用3D建模和渲染技术，设计师可以创建逼真的产品模型，并通过3D视觉技术向客户展示产品的外观和功能。
3.3 医学和生物科技在医学和生物科技领域，3D视觉技术被广泛应用于医学影像学、手术模拟和生物分析。
医生和研究人员可以通过3D视觉技术获得更清晰、更准确的医学影像，进一步诊断疾病和进行手术规划。
此外，生物科技领域也可以使用3D视觉技术对生物分子、细胞和组织进行可视化分析。
3.4 建筑和房地产在建筑和房地产领域，3D视觉技术常用于建筑设计的可视化和室内外环境的模拟。
3D第九章 毛发系统
（二）选择 （四）实用程序
PART 01
Hair和Fur（WSM）修改器
四、常规参数
展开常规参数卷展栏，如图9-7所示。
PART 01
Hair和Fur（WSM）修改器
五、材质参数
展开材质参数卷展栏，如图9-8所示。
PART 01
Hair和Fur（WSM）修改器
六、mr参数
展开mr参数卷展栏，如图9-9所示。
Hair和Fur（WSM）修改器
PART 01
一、选择
展开选择卷展栏，如图9-3所示。
Hair和Fur（WSM）修改器
PART 01
二、工具
展开工具卷展栏，如图9-4所示。
Hair和Fur（WSM）修改器
PART 01
三、设计
（一）设计发型 （三）设计
Hair和Fur（WSM）修改器
（五）毛发组
十、动力学
展开动力学卷展栏，如图9-13所示。
PART 01
十一、显示
展开显示卷展栏，如图9-14所示。
Hair和Fur（WSM）修改器
CHAPTER NINE
|毛发系统|
第 二 节 VRay毛发
PART 02
加载VRay渲染器后，随意创建一个物体， 设置【几何体】类型为【VRay】，单击 【VRay毛发材质】按钮 ，就可以为选中 的对象创建VRay毛发。VRay毛发的参数 有三个卷展栏，分别是参数、贴图和视口 显示卷展栏。
CHAPTER NINE
|毛发系统|
第 一 节 Hair和Fur（WSM）修改器
PART 01
毛发在静帧和角色动 画制作中非常重要， 同时也是动画制作中 最难模拟的。图9-1是 比较优秀的毛发作品。
3D技术的原理
3D技术的原理3D技术是指通过模拟真实世界的三维空间，并以此为基础创建虚拟对象或场景的技术。
它主要通过感知和模拟人眼视觉机制来实现。
3D技术在许多领域得到应用，如电影、游戏、建筑设计等。
下面将详细介绍3D技术的原理。
一、人眼视觉机制要理解3D技术的原理，我们首先需要了解人眼的视觉机制。
人眼通过两只眼睛同时观察物体，每只眼睛看到的画面略有不同。
这种略微的差异通过大脑进行处理，从而让我们感知到深度和立体效果。
二、立体成像原理3D技术就是利用立体成像原理来模拟这种人眼立体视觉效果。
立体成像可以分为主动式和被动式两种方式。
1. 主动式立体成像主动式立体成像是指通过特殊的眼镜或其他装置来实现立体效果。
这种方法要求观众佩戴特殊的眼镜，其中一只眼镜会屏蔽或过滤掉画面中的特定部分。
当观众通过这种眼镜观看画面时，两只眼睛会看到不同的画面，从而产生立体效果。
常见的主动式立体成像技术包括偏振成像、快门式成像和红蓝绿成像。
其中，偏振成像是利用偏光片来过滤不同方向的光线，使得观众通过左眼和右眼看到的画面有所差异；快门式成像是通过快速切换显示左右两个画面的方式，要求观众佩戴配对眼镜，左眼只能看到左画面，右眼只能看到右画面；红蓝绿成像则是通过过滤红色、蓝色和绿色光线的方式，使得观众通过左右眼分别看到不同颜色的画面。
2. 被动式立体成像被动式立体成像是指无需佩戴特殊眼镜，通过分别投射不同图像给左右眼来实现立体效果。
常见的被动式立体成像技术有自动立体成像和云台立体成像。
自动立体成像是利用特殊的光栅片或面板将左右眼的图像进行分离并分别投射给左右眼。
观众无需佩戴任何眼镜，就可以通过裸眼观看画面，获得立体效果。
云台立体成像是通过将左右眼的图像投射到偏振滤光器上，观众佩戴带有偏振滤光器的眼镜，通过不同的滤光器过滤掉其中的一种偏振光，从而实现不同眼睛看到不同的画面。
这种技术多用于电影院等特定场合。
三、3D建模和渲染除了立体成像之外，3D技术还需要进行3D建模和渲染。
使用Maya进行动画和视觉效果制作的教程
使用Maya进行动画和视觉效果制作的教程第一章：Maya软件简介Maya是由Autodesk公司开发的3D计算机图形软件。
它广泛应用于电影、动画、游戏和虚拟现实等领域。
Maya具有丰富的工具和功能，可用于创建复杂的动画和视觉效果。
第二章：Maya的界面和基本操作Maya的界面由视图窗口、工具栏、属性编辑器等组成。
学习Maya的基本操作非常重要，包括选择、移动、旋转和缩放物体，创建和编辑模型等。
第三章：模型建模Maya提供了多种建模工具，可以创建各种形状的模型。
学习如何使用Maya的多边形建模工具，如创建立方体、圆柱体、球体等基本形状，并学习如何编辑和调整模型的顶点、边缘和面。
第四章：材质与贴图Maya支持材质、纹理和着色器的创建和应用。
学习如何使用Maya的材质编辑器创建自定义材质，如金属、皮肤、玻璃等，并学习如何应用纹理贴图，增强模型的真实感。
第五章：动画制作Maya提供了强大的动画制作工具，可以为物体、角色等添加动画效果。
学习Maya的关键帧动画和路径动画的创建和编辑，以及如何使用曲线编辑器调整动画的速度和平滑度。
第六章：灯光与渲染Maya的灯光和渲染功能可以为场景增加逼真的光影效果。
学习如何添加不同类型的灯光，如点光源、聚光灯和平行光，并学习如何调整灯光的属性。
同时，还可以学习如何使用渲染器渲染场景，如Arnold渲染器。
第七章：粒子和动力学Maya具有强大的粒子和动力学工具，可以模拟自然现象，如火、烟、水等。
学习如何使用Maya的粒子发射器创建和控制粒子效果，并学习如何利用动力学工具模拟物体的运动和碰撞。
第八章：特效和合成Maya还可以进行特效和合成处理，如爆炸效果、破碎效果和合成图像等。
学习如何使用Maya的特效工具创建各种特效，并学习如何使用Maya与其他软件（如After Effects）进行合成处理。
第九章：Maya插件的使用Maya的功能可以通过插件进行扩展和增强。
学习如何安装和使用Maya插件，如安装Arnold渲染器插件、ZBrush模型插件等。
3d的工作原理
3d的工作原理3D的工作原理实际上是利用人眼的双目视觉和深度感知机制，通过模拟现实世界的三维空间来呈现出立体感的视觉效果。
下面我将详细介绍3D的工作原理。
首先，了解3D的工作原理需要先了解人眼的视觉机制。
人眼的视觉感知是通过两只眼睛的协作来实现的。
当两只眼睛同时观察同一物体时，各自视野中的物体位置会有微小的差异。
这种差异是人体视觉系统中深度感知的基础，也就是常说的“视差”。
在3D展示中，为了模拟这种视差效果，通常需要两个步骤：第一步是采集3D内容。
这可以通过特殊的摄像设备、3D扫描仪或计算机生成的3D模型来实现。
无论采用什么方法，目的都是要捕捉到一个物体或场景的三维信息。
第二步是显示3D内容。
在显示时，需要充分利用人眼双目视觉的特点来创造立体感，一般有两种方法：分别是被动型与主动型。
被动型3D显示技术主要是通过特殊的眼镜（如红蓝眼镜、偏振眼镜等）来实现。
这种技术利用了光的颜色和偏振特性，将不同视角的图像通过滤波器隔开，然后透过不同颜色或偏振的滤波器分别进入左右眼，使得每只眼睛只能看到对应视角的图像，从而产生3D效果。
其中，红蓝眼镜是通过颜色滤波实现的，不同颜色的光会受到眼镜的滤波器阻挡，从而使人眼只看到对应的视角；而偏振眼镜则是通过偏振光的特性实现的，左眼和右眼的滤波器是相互垂直的，分别只能让同一偏振方向的光透过，使得左右眼只看到对应的视角。
虽然这种方法简单易行，但因为需要佩戴特殊的眼镜，所以用户体验可能不太理想。
主动型3D显示技术则是利用快速切换图像的原理来实现。
主动型3D显示器通过在屏幕上交替显示左右眼的图像，并配合特殊的3D眼镜，使得每只眼睛只能在特定时刻看到对应的视角。
这种技术需要显示器能够在很短的时间内快速切换图像，并且需要和3D眼镜配合使用，所以相对来说比较复杂和昂贵，但是用户体验更好，没有特殊的颜色或偏振滤波器。
除了以上介绍的被动型和主动型方法外，还有一种无需额外眼镜的裸眼3D显示技术，如亮场屏幕、自适应光栅等。
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k (
0
/2
e
i ) ( e i ) sin e cos e d e d e k sin i cos i 1
镜面反射的总辉度为：
L( e , e )
( e i ) (e i ) f ( i , i ; e , e ) sin i cos i
L E /
• Lambertian定律：当一个Lambertian表面 被具有照度E的点光源照明时，则：
L 1
E cos i
（2）理想镜反射表面 f ( i ,i , e ,e ) k ( e i ) (e i )
将表面所有方向的辉度积分，它应该与表面得到 的总照度相等：
/2
0
( e i ) ( e i ) E ( i , i ) sin i cos i d i di E ( e , e ) sin i cos i
9.2 Shap From Shading
1、表面法向的梯度表示
设表面S的方程为Z = f(X,Y)，则点（X，Y）处 的梯度为N = (-p, -q, 1),其中：
9.1 表面反射特性
1、场景亮度与图象亮度 （1）什么是辉度与照度 • 辉度：光源（物体）表面射出的光通量；是光源表面 单位面积在单位立体角内发出的功率； • 照度：照射到目标表面的光通量；是射到目标表面的 单位面积的功率； （2）什么是场景亮度与图象亮度 • 场景亮度：对应物体表面发射出的光通量，是物体表 面的辉度； • 图象亮度：对应于图象平面得到的光通量，是图象平 面的照度；
x' (t ) D(t ) w(t ) V (t )
y ' (t ) D(t ) w(t ) V (t )
由 w1 (t ) w2 (t ) 得到：
z 2 (t ) z1 (t ) D2 (t ) V1 (t ) D1 (t ) V2 (t )
4、空间位置
z (t ) D(t ) w(t ) V (t )
由
x(t ) z (t ) 可以得到： x' (t ) 1
x(t )
y (t )
x2 ( f Z) f
X1
x1 ( f Z) f
上式把物体与像平面的距离（3D信息中的深度） 与视差D（像坐标的差）直接联系起来，视差的 大小与深度有关。所以视差中包含了3D物体的空 间信息。另外世界坐标系的其他两个坐标也可以 算出来。
9.4 Shap from Motion
1、延伸焦点FOE：直线运动的出发点或者消失 点。虽然在实际空间的无限远处，但是可以在 图象中找到。 2、FOE的计算
EL
2
d
2
4 cos 4 f
由此可见：图象照度E与场景灰度L成正比。
(4)双向反射分布函数BRDF
法线 法线 光线 光源 ф 观察者 (Θ e, ф e) (Θ i, ф i)
θ
•BRDF是表面辉度与照度的比值，即：
L( e , e ) f ( i , i , e , e ) E ( i , i )
x x0 ut x' z z 0 wt y y 0 vt y' z z 0 wt
u x w v ' y w
'
y
P0
y’
P
P’0
P’
o
x x’
FOE
P2
P1
3、深度估计
D1 (t ) z1 (t ) V1 (t ) w1 (t ) D2 (t ) z 2 (t ) V2 (t ) w2 (t )
4 问题求解
• 反射图R(p,q)到图象灰度的映射是唯一的，但 是，反过来却不一定，有时甚至无限多个表面 朝向可给处相同的亮度； • 为了恢复表面朝向需要引入新的信息：利用在 不同光线下，采集的两幅图象可对每个图象点 产生两个方程： • I1(x, y) = R1(p, q) I2(x, y) = R2(p, q) • 如果方程线性独立，则有唯一解，否则，可以 有多个解或者无解。 • 实际情况常使用3个不同的光源，这不仅可使 方程线性化，更重要的是可提高精度和增加可 求解的表面朝向范围。
它表示当光线沿着入射物体表面而观察者在方向 所观察到的表面明亮情况，关于入射和反射方向 是对称的。它指示了表面的反射特性，不同的表 面具有不同的反射特点。
• 若 E0 ( i ,i )设为 ( i , i ) 沿方向单位立体角的照 度，则这个表面所接受的照度为：
E0
E( , ) sin
cos i 1 ps p qs q 1 p 2 q 2 1 ps qs
2 2
由此得到场景亮度与表面朝向的关系，记这样得 到的关系函数为
R ( p, q ) 1 ps p qs q 1 p 2 q 2 1 ps qs
2 2
将其作为梯度（p,q）的函数以等值线的形式画出 而得到的图称为反射图。反射图取决于目标表面 材料的性质和光源的位置，或者说，反射图综合 反映了表面反射特性和光源分布的信息。
B
（ X1/X2，Y1/Y2， Z1/Z2） Z2
f
O2’ 镜头中心
2、深度的计算
根据摄象机成像模型： 由于：X 2 X 1 B
X1 B
x1 X 1 ( f Z1 ) f
X2
x2 ( f Z2 ) f
Z 2 Z1 Z
；可以得到：
上面两个式子相减：
Z f fB B f 1 x2 x1 D
f ( , ,
i i 0
/2
e
, e ) E ( i , i ) cos i sin e cos e d e d e E ( i , i ) cos i
所以： f ( i , i , e , e ) 1/ 也既照度与辉度的关系为：
f ( X , Y ) f ( X , Y ) p ,q X Y
由（p, q）组成的空间称为梯度空间。
2 反射图
设点光源照射一个Lambertian表面，则其辉度：
L 1 E cos i
若表面法向矢量为： n ( p,q,1)，光源方向 为：s ( ps ,qs ,1) ，则由n.s得 ：
9.3 Shap from Stereo----从双目图象中 获得深度
1、基本思想：对于同一物体，从不同地点 观察得到的视觉平面图象中，其对应的 位置是不同的，根据这些差异利用透视 成像模型可以反过来推测物体的三维空 间坐标。
X1/x1
y1
x1 (x1,y1)
O1
O1’
Z1
y2 (x2,y2)
x2 B X2/x2 O2
i i 0
/2
i
cos i d i di
L( e , e )
f ( , ,
i i 0
/2
e
, e ) E ( i , i ) sin i cos i d i di
2 表面反射特性和亮度
(1) Lambertian表面 理想漫反射表面，从所有观察方向看它都是同 样亮的，并且它不吸收地反射所有入射光， •Lambertian表面的双向反射分布函数是个常数
1 d 3 cos cos 2 4 4z ( z / cos )
2
d
2
这样由目标表面面元射出并穿越镜头的功率：
P L O cos L O cos3 cos
4 z
d
2
所以图象面元得到的照度：
P O d E L cos3 cos I I 4 z
Chapter 6 3D Vision
Zhang Xingming
The Institute of Computer Science and Engineering
Y X
y x
z
-f
Z
摄象机成像原理
1、光照原理：光学图象中对应与物体某一点的 光学特性是该点由镜反射和谩反射光的综合，它 不仅与入射光的强度、光色及方向有关，而且与 该物体本身的质料有关，也与物体表面的几何形 状有关。 2、透视原理： x f y f X ,Y z z 可见（X,Y）与z（A到透镜平面的垂直距离）成 反比，与焦距f成正比。像平面上只有XY二维信 息，在透视过程中损失了z发现的信息。
q
p
3 图象亮度约束方程
• 反射图表示了表面亮度与表面朝向的以来关系， 图象上一点的照度I(x,y)是正比于场景中目标表 面对应点亮度的。所以： • I(x, y) = R(p, q) • 这个方程称为图象亮度约束方程。它表明在图 象中（ x,y）处像素的灰度 I(x,y) 取决于该像素 由（p,q）所表达的反射特性R(p,q)。
（3）场景上一个点的场景亮度与图象平面上一 个点的图象亮度之间的关系
θ d/2 Z α δ O
α
δ I
f
-Z
从镜头中心观察目标面元δ O的立体角： O cos /( z / cos ) 2 从镜头中心观察目标面元δ O的立体角：
I cos /( f / cos )
2
由两个立体角相等可以得到： 2 O cos z I cos f 从目标面元看到镜头所对应的立体角为：