目 錄
第1章 概述 1
1.1 什麼是計算機視覺？ 2
1.2 簡史 8
1.3 本書概述 16
1.4 課程大綱樣例 21
1.5 標記法說明 22
1.6 擴展閱讀 22
第2章 圖像形成 25
2.1 幾何基元和變換 26
2.1.1 幾何基元 26
2.1.2 2D變換 29
2.1.3 3D變換 32
2.1.4 3D鏇轉 33
2.1.5 3D到2D投影 37
2.1.6 鏡頭畸變 46
2.2 光度測定學的圖像形成 47
2.2.1 照明 48
2.2.2 反射和陰影 49
2.2.3 光學 54
2.3 數字攝像機 57
2.3.1 采樣與混疊 60
2.3.2 色彩 63
2.3.3 壓縮 71
2.4 補充閱讀 72
2.5 習題 73
第3章 圖像處理 77
3.1 點算子 78
3.1.1 像素變換 79
3.1.2 彩色變換 81
3.1.3 閤成與摳圖 81
3.1.4 直方圖均衡化 83
3.1.5 應用：色調調整 86
3.2 綫性濾波 86
3.2.1 可分離的濾波 89
3.2.2 綫性濾波示例 90
3.2.3 帶通和導嚮濾波器 91
3.3 更多的鄰域算子 95
3.3.1 非綫性濾波 95
3.3.2 形態學 99
3.3.3 距離變換 100
3.3.4 連通量 101
3.4 傅裏葉變換 102
3.4.1 傅裏葉變換對 105
3.4.2 二維傅裏葉變換 107
3.4.3 維納濾波 108
3.4.4 應用：銳化，模糊
和去噪 111
3.5 金字塔與小波 111
3.5.1 插值 112
3.5.2 降采樣 114
3.5.3 多分辨率錶達 116
3.5.4 小波 119
3.5.5 應用：圖像融閤 123
3.6 幾何變換 125
3.6.1 參數化變換 125
3.6.2 基於網格的捲繞 131
3.6.3 應用：基於特徵的變形 133
3.7 全局優化 133
3.7.1 正則化 134
3.7.2 馬爾科夫隨機場 138
3.7.3 應用：圖像的恢復 147
3.8 補充閱讀 147
3.9 習題 149
第4章 特徵檢測與匹配 157
4.1 點和塊 159
4.1.1 特徵檢測器 160
4.1.2 特徵描述子 169
4.1.3 特徵匹配 172
4.1.4 特徵跟蹤 179
4.1.5 應用：錶演驅動的動畫 181
4.2 邊緣 182
4.2.1 邊緣檢測 182
4.2.2 邊緣連接 187
4.2.3 應用：邊緣編輯和增強 189
4.3 綫條 190
4.3.1 逐次近似 191
4.3.2 Hough變換 191
4.3.3 消失點 194
4.3.4 應用：矩形檢測 196
4.4 擴展閱讀 197
4.5 習題 198
第5章 分割 205
5.1 活動輪廓 206
5.1.1 蛇行 207
5.1.2 動態蛇行和
CONDENSATION 211
5.1.3 剪刀 214
5.1.4 水平集 215
5.1.5 應用：輪廓跟蹤和
轉描機 217
5.2 分裂與歸並 218
5.2.1 分水嶺 218
5.2.2 區域分裂(區分式聚類) 219
5.2.3 區域歸並(凝聚式聚類) 219
5.2.4 基於圖的分割 219
5.2.5 概率聚集 220
5.3 均值移位和模態發現 221
5.3.1 k-均值和高斯混閤 222
5.3.2 均值移位 224
5.4 規範圖割 227
5.5 圖割和基於能量的方法 230
5.6 補充閱讀 234
5.7 習題 235
第6章 基於特徵的配準 237
6.1 基於2D和3D特徵的配準 238
6.1.1 使用最小二乘的
2D配準 238
6.1.2 應用：全景圖 240
6.1.3 迭代算法 241
6.1.4 魯棒最小二乘
和RANSAC 243
6.1.5 3D配準 245
6.2 姿態估計 246
6.2.1 綫性算法 246
6.2.2 迭代算法 248
6.2.3 應用：增強現實 249
6.3 幾何內參數標定 250
6.3.1 標定模式 250
6.3.2 消失點 252
6.3.3 應用：單視圖測量學 253
6.3.4 鏇轉運動 254
6.3.5 徑嚮畸變 256
6.4 補充閱讀 257
6.5 習題 258
第7章 由運動到結構 263
7.1 三角測量 264
7.2 二視圖由運動到結構 266
7.2.1 投影(未標定的)重建 270
7.2.2 自標定 271
7.2.3 應用：視圖變形 273
7.3 因子分解 274
7.3.1 透視與投影因子分解 276
7.3.2 應用：稀疏3D模型
提取 277
7.4 光束平差法 278
7.4.1 挖掘稀疏性 280
7.4.2 應用：匹配運動和增強
現實 282
7.4.3 不確定性和二義性 283
7.4.4 應用：由因特網照片
重建 284
7.5 限定結構和運動 287
7.5.1 基於綫條的方法 287
7.5.2 基於平麵的方法 288
7.6 補充閱讀 289
7.7 習題 290
第8章 稠密運動估計 293
8.1 平移配準 294
8.1.1 分層運動估計 297
8.1.2 基於傅裏葉的配準 298
8.1.3 逐次求精 300
8.2 參數化運動 305
8.2.1 應用：視頻穩定化 308
8.2.2 學到的運動模型 308
8.3 基於樣條的運動 309
8.4 光流 312
8.4.1 多幀運動估計 315
8.4.2 應用：視頻去噪 316
8.4.3 應用：去隔行掃描 316
8.5 層次運動 317
8.5.1 應用：幀插值 319
8.5.2 透明層和反射 320
8.6 補充閱讀 321
8.7 習題 322
第9章 圖像拼接 327
9.1 運動模型 329
9.1.1 平麵透視運動 329
9.1.2 應用：白闆和文檔掃描 330
9.1.3 鏇轉全景圖 331
9.1.4 縫隙消除 333
9.1.5 應用：視頻摘要和壓縮 334
9.1.6 圓柱麵和球麵坐標 335
9.2 全局配準 338
9.2.1 光束平差法 338
9.2.2 視差消除 341
9.2.3 認齣全景圖 343
9.2.4 直接配準和基於特徵的
?配準 345
9.3 閤成 346
9.3.1 閤成錶麵的選擇 346
9.3.2 像素選擇和加權
(去虛影) 348
9.3.3 應用：照片濛太奇 352
9.3.4 融閤 353
9.4 補充閱讀 355
9.5 習題 356
第10章 計算攝影學 359
10.1 光度學標定 361
10.1.1 輻射度響應函數 362
10.1.2 噪聲水平估計 363
10.1.3 虛影 364
10.1.4 光學模糊(空間響應)
估計 365
10.2 高動態範圍成像 368
10.2.1 色調映射 374
10.2.2 應用：閃影術 380
10.3 超分辨率和模糊去除 381
10.3.1 彩色圖像去馬賽剋 385
10.3.2 應用：彩色化 387
10.4 圖像摳圖和閤成 388
10.4.1 藍屏摳圖 389
10.4.2 自然圖像摳圖 391
10.4.3 基於優化的摳圖 394
10.4.4 煙、陰影和閃摳圖 396
10.4.5 視頻摳圖 397
10.5 紋理分析與閤成 398
10.5.1 應用：空洞填充
與修圖 400
10.5.2 應用：非真實感繪製 401
10.6 補充閱讀 403
10.7 習題 404
第11章 立體視覺對應 409
11.1 極綫幾何學 412
11.1.1 矯正 412
11.1.2 平麵掃描 414
11.2 稀疏對應 416
11.3 稠密對應 418
11.4 局部方法 420
11.4.1 亞像素估計
與不確定性 422
11.4.2 應用：基於立體視覺的
頭部跟蹤 423
11.5 全局優化 424
11.5.1 動態規劃 425
11.5.2 基於分割的方法 427
11.5.3 應用：z-鍵控與背景
替換 428
11.6 多視圖立體視覺 429
11.6.1 體積與3D錶麵重建 432
11.6.2 由輪廓到形狀 436
11.7 補充閱讀 438
11.8 習題 439
第12章 3D重建 443
12.1 由X到形狀 444
12.1.1 由陰影到形狀與光度
測量立體視覺 445
12.1.2 由紋理到形狀 447
12.1.3 由聚焦到形狀 448
12.2 主動距離獲取 449
12.2.1 距離數據歸並 451
12.2.2 應用：數字遺産 453
12.3 錶麵錶達 454
12.3.1 錶麵插值 454
12.3.2 錶麵簡化 455
12.3.3 幾何圖像 456
12.4 基於點的錶達 456
12.5 體積錶達 457
12.6 基於模型的重建 459
12.6.1 建築結構 459
12.6.2 頭部和人臉 461
12.6.3 應用：臉部動畫 463
12.6.4 完整人體建模與跟蹤 465
12.7 恢復紋理映射與反照率 469
12.7.1 估計BRDF 470
12.7.2 應用：3D攝影學 471
12.8 補充閱讀 472
12.9 習題 473
第13章 基於圖像的繪製 477
13.1 視圖插值 478
13.1.1 視圖相關的紋理映射 480
13.1.2 應用：照片遊覽 481
13.2 層次深度圖像 482
13.3 光場與發光圖 484
13.3.1 非結構化發光圖 487
13.3.2 錶麵光場 488
13.3.3 應用：同心拼圖 489
13.4 環境影像形闆 490
13.4.1 更高維光場 491
13.4.2 從建模到繪製 492
13.5 基於視頻的繪製 493
13.5.1 基於視頻的動畫 493
13.5.2 視頻紋理 494
13.5.3 應用：圖片動畫 497
13.5.4 3D視頻 497
13.5.5 應用：基於視頻的
遊覽 499
13.6 補充閱讀 501
13.7 習題 503
第14章 識彆 507
14.1 物體檢測 509
14.1.1 人臉檢測 509
14.1.2 行人檢測 515
14.2 人臉識彆 518
14.2.1 特徵臉 518
14.2.2 活動錶觀與3D形狀
模型 525
14.2.3 應用：個人照片收藏 528
14.3 實例識彆 529
14.3.1 幾何配準 530
14.3.2 大型數據庫 531
14.3.3 應用：位置識彆 535
14.4 類彆識彆 537
14.4.1 詞袋 539
14.4.2 基於部件的模型 542
14.4.3 基於分割的識彆 545
14.4.4 應用：智能照片編輯 548
14.5 上下文與場景理解 550
14.5.1 學習與大型圖像收集 552
14.5.2 應用：圖像搜索 554
14.6 識彆數據庫和測試集 555
14.7 補充閱讀 559
14.8 習題 562
第15章 結語 567
附錄A 綫性代數與數值方法 569
A.1 矩陣分解 570
A.1.1 奇異值分解 570
A.1.2 特徵值分解 571
A.1.3 QR因子分解 573
A.1.4 喬裏斯基分解 574
A.2 綫性最小二乘 575
A.3 非綫性最小二乘 578
A.4 直接稀疏矩陣方法 579
A.5 迭代方法 580
A.5.1 共軛梯度 581
A.5.2 預處理 582
A.5.3 多重網格 583
附錄B 貝葉斯建模與推斷 585
B.1 估計理論 586
B.2 最大似然估計與最小二乘 589
B.3 魯棒統計學 590
B.4 先驗模型與貝葉斯推斷 591
B.5 馬爾科夫隨機場 592
B.5.1 梯度下降與模擬退火 594
B.5.2 動態規劃 595
B.5.3 置信傳播 596
B.5.4 圖割 598
B.5.5 綫性規劃 601
B.6 不確定性估計(誤差分析) 602
附錄C 補充材料 604
C.1 數據集 605
C.2 軟件 607
C.3 幻燈片與講座 615
C.4 參考文獻 615
詞匯錶 617
· · · · · · (收起)