计算机视觉 一种现代方法英文版

### 计算机视觉——一种现代方法：关键知识点解析 #### 一、图像形成 **1.1 针孔相机** 针孔相机是理解计算机视觉中的图像形成的基础概念之一。 - **1.1.1 透视投影**：透视投影是通过一个理想的针孔将三维世界映射到二维平面上的过程。这种投影方式模拟了人眼或相机镜头的工作原理，即近处的物体在图像上看起来较大，远处的物体则较小。 - **1.1.2 仿射投影**：与透视投影不同，仿射投影忽略了距离对大小的影响，这意味着不论物体距离多远，在图像上的大小都是相同的。这种投影方式在某些特定的应用场景下非常有用，例如地图绘制等。 - **1.1.3 球面投影**：球面投影是另一种特殊的投影方式，它将三维空间中的物体投影到一个球面上。这种方式常用于处理地球表面的地图投影问题。 **1.2 带有透镜的相机** 实际应用中的相机通常配备有透镜系统，以改善成像质量。 - **1.2.1 第一阶几何光学**：介绍如何使用简单的几何光学原理来理解和分析透镜的工作原理。 - **1.2.2 薄透镜：几何学**：讨论薄透镜的几何属性，包括焦距、物距和像距之间的关系等。 - **1.2.3 薄透镜：辐射度学**：深入探讨透镜如何影响进入相机的光线强度，以及如何量化这些效果。 - **1.2.4 实际透镜**：介绍实际使用的透镜系统，包括复杂的设计因素，如色差、畸变等。 **1.3 视觉：眼睛的结构**：这部分内容简要介绍了人眼的结构及其工作原理，有助于理解自然视觉与计算机视觉之间的联系。 **1.4 感应** - **1.4.1 CCD相机**：CCD（电荷耦合器件）是一种广泛应用于数码相机和摄像机中的传感器技术，能够将光线转换为电信号。 - **1.4.2 传感器模型**：介绍不同类型传感器的工作原理及模型，这对于理解图像数据的采集过程至关重要。 #### 二、辐射度测量 **2.1 空间中的光** - **2.1.1 压缩现象**：介绍当观察者从不同角度观察同一平面时，平面的表观尺寸会因视角不同而发生变化的现象。 - **2.1.2 固体角**：固体角是描述光源覆盖范围的概念，类似于平面几何中的角度。 - **2.1.3 辐亮度**：辐亮度是单位面积单位立体角内发出或反射的辐射能量，是衡量光源强弱的重要指标。 **2.2 表面上的光** - **2.2.1 简化假设**：为了简化计算，通常会对表面反射特性进行假设，例如忽略环境光的影响等。 - **2.2.2 双向反射分布函数**：BRDF（双向反射分布函数）描述了光线在不同方向入射和反射的情况，对于精确模拟光照非常重要。 **2.3 重要的特殊情况** - **2.3.1 辐照度**：描述表面接收的总辐射量。 - **2.3.2 方向半球反射率**：定义了从特定方向照射到表面的光线被反射的比例。 - **2.3.3 兰伯特表面和反照率**：兰伯特表面是指具有均匀漫反射性质的表面；反照率则是指表面反射光线的比例。 - **2.3.4 镜面表面**：镜面表面具有高光泽度，能够清晰地反射周围的环境。 - **2.3.5 兰伯特+镜面模型**：结合了兰伯特表面和镜面表面的特点，更加真实地模拟了大多数物体的反射特性。 #### 三、光源、阴影与明暗 **3.1 光源的辐射度特性** 介绍不同类型的光源（如点光源、线光源和面积光源）及其辐射度特性，这对于模拟真实世界的光照非常重要。 **3.2 定性的辐射度** 这部分内容讨论了如何从视觉上评估光源的强度和分布，帮助读者建立对光线如何影响物体外观的直观理解。 **3.3 光源及其影响** - **3.3.1 点光源**：点光源是最常见的光源类型之一，其影响范围取决于光源的强度和距离。 - **3.3.2 线光源**：线光源通常用于模拟路灯或其他长条形光源的效果。 - **3.3.3 面积光源**：面积光源模拟的是具有固定面积的光源，如日光灯或大型软盒灯。 **3.4 局部明暗模型** - **3.4.1 点光源的局部明暗模型**：解释如何根据点光源的位置和强度来计算物体表面的明暗效果。 - **3.4.2 面积光源及其阴影**：讨论面积光源如何产生更柔和的阴影效果。 - **3.4.3 环境光**：环境光是一种均匀照射所有物体的光，用于模拟环境反射和散射的效果。 **3.5 应用：光度立体** 光度立体是一种从多个不同光照条件下的图像中恢复物体表面形状的技术。 - **3.5.1 从多个视图中获取法线和反照率**：介绍如何从不同角度拍摄的图像中估计物体表面的法线方向和反照率。 - **3.5.2 从法线中恢复形状**：一旦获得了表面的法线信息，就可以利用这些数据来重建物体的真实形状。 **3.6 互反射：全局明暗模型** - **3.6.1 互反射模型**：互反射模型考虑了物体之间光线的多次反射效应，这对于模拟室内环境中的光照尤为重要。 - **3.6.2 解决辐射度问题**：介绍如何解决复杂的辐射度方程，以准确模拟互反射效果。 - **3.6.3 互反射的定性效果**：讨论互反射对场景整体照明和颜色的影响。 #### 四、色彩 **4.1 色彩的物理学** - **4.1.1 彩色光源的辐射度：光谱量**：介绍如何使用光谱量来描述彩色光源的辐射特性。 - **4.1.2 表面的颜色**：探讨表面如何吸收和反射特定波长的光，从而呈现出不同的颜色。 - **4.1.3 光源的颜色**：介绍不同光源的色温及其对物体颜色感知的影响。 以上内容概述了《计算机视觉——一种现代方法》这本书中关于图像形成、辐射度测量、光源阴影与明暗以及色彩等方面的核心知识点。通过学习这些基础知识，可以为深入理解计算机视觉的高级技术和算法奠定坚实的基础。