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第1章 概述1

1.1 人眼的空间知觉1

1.2 三维重建技术的分类3

1.3 光学三维重建技术6

1.3.1 被动光学重建技术7

1.3.2 主动光学重建技术8

1.4 本章小结12

第2章 射影几何与变换基础13

2.1 2D射影几何13

2.1.1 点与直线13

2.1.2 理想点与无穷远点15

2.2 射影变换17

2.3 射影变换的层次20

2.3.1 射影变换的层次简介20

2.3.2 射影变换的分解24

2.4 从图像恢复仿射和度量性质24

2.4.1 无穷远线25

2.4.2 由图像恢复仿射性质25

2.4.3 虚圆点及其对偶27

2.5 不动点和直线28

2.6 3D射影几何和变换29

2.6.1 点和射影变换30

2.6.2 平面表示和变换30

2.6.3 直线的表示和变换32

2.7 3D射影变换的层次36

2.8 无穷远平面38

2.9 本章小结40

第3章 摄像机标定与校准41

3.1 相机射影几何41

3.1.1 相机射影几何简介41

3.1.2 二维射影几何42

3.1.3 三维射影几何42

3.2 相机成像理论43

3.2.1 空间坐标系之间的关系43

3.2.2 摄像机的理论成像模型48

3.2.3 实际成像模型49

3.3 相机标定理论知识50

3.3.1 张正友标定理论51

3.3.2 相机参数的初始估计51

3.3.3 拍摄图像的径向畸变53

3.3.4 优化函数迭代求精54

3.3.5 实验步骤及注意的问题54

3.4 本章小结58

第4章 光照模型59

4.1 朗伯模型59

4.2 双向反射分布模型60

4.3 Phong模型62

4.4 Cook-Torrance光照模型64

4.5 球谐光照模型65

4.6 各种光照模型的对比69

4.7 本章小结74

第5章 利用明暗信息恢复物体的三维形状76

5.1 根据明暗信息恢复形状概述77

5.1.1 恢复形状的常用方法77

5.1.2 SFS方法需要解决的主要问题79

5.1.3 根据明暗信息恢复形状的应用80

5.2 根据明暗信息估计图像的光源参数81

5.2.1 光源方向的估计83

5.2.2 方位角τ的估计85

5.2.3 倾角δ的估计87

5.3 根据明暗信息恢复形状算法89

5.3.1 最小化方法89

5.3.2 演化方法92

5.3.3 局部分析方法93

5.3.4 线性化方法96

5.4 根据明暗信息重建三维形状98

5.5 本章小结100

第6章 基于单目视觉的三维重建101

6.1 经典的PMS技术101

6.1.1 朗伯模型102

6.1.2 基于光度立体技术估计目标物体表面高度信息103

6.2 未校准的PMS技术107

6.3 基于参照物的三维重建技术112

6.4 基于学习的三维重建技术117

6.5 本章小结120

第7章 基于结构光的三维重建技术122

7.1 结构光的成像系统124

7.2 系统标定127

7.3 基于结构光的三维数据测量129

7.3.1 结构光激光扫描法测量原理130

7.3.2 相位测量轮廓法测量原理132

7.4 投影图像编码136

7.4.1 常用投影图像编码策略137

7.4.2 基于格雷码＋相移的编码策略138

7.5 图像特征提取方法140

7.5.1 选取有效区域的方法140

7.5.2 边界提取方法141

7.5.3 三维点云重建142

7.6 本章小结144

第8章 基于双目视觉的三维重建145

8.1 双目立体视觉的原理145

8.2 双目立体视觉的系统组成147

8.3 双目立体视觉的摄像机标定技术148

8.3.1 张正友标定法简述149

8.3.2 双目立体视觉摄像机标定过程151

8.4 特征提取与立体匹配152

8.4.1 立体匹配的约束条件152

8.4.2 特征提取与立体匹配154

8.5 双目立体视觉的三维重建157

8.5.1 基本的三维坐标求解方法158

8.5.2 基于最小二乘法的三维坐标求解方法159

8.5.3 基于视差测距法的三维坐标求解方法161

8.5.4 三维重建的结果162

8.6 本章小结166

参考文献167