3D Computer Vision

3D Computer Vision pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Christian Wöhler
出品人:
页数:382
译者:
出版时间:2012-7-21
价格:USD 109.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9781447141495
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机视觉
  • 科学
  • 计算机视觉
  • 3D视觉
  • 图像处理
  • 模式识别
  • 机器学习
  • 深度学习
  • SLAM
  • 机器人视觉
  • 点云
  • 三维重建
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具体描述

This indispensable text introduces the foundations of three-dimensional computer vision and describes recent contributions to the field. Fully revised and updated, this much-anticipated new edition reviews a range of triangulation-based methods, including linear and bundle adjustment based approaches to scene reconstruction and camera calibration, stereo vision, point cloud segmentation, and pose estimation of rigid, articulated, and flexible objects. Also covered are intensity-based techniques that evaluate the pixel grey values in the image to infer three-dimensional scene structure, and point spread function based approaches that exploit the effect of the optical system. The text shows how methods which integrate these concepts are able to increase reconstruction accuracy and robustness, describing applications in industrial quality inspection and metrology, human-robot interaction, and remote sensing.

《光影织梦:探索三维空间的视觉奥秘》 在浩瀚的数字宇宙中,我们赖以生存的三维世界,其丰富的信息与壮丽的景象,是如何被转化为冰冷的二进制代码,又如何被赋予“感知”的能力?《光影织梦:探索三维空间的视觉奥秘》一书,将带领读者踏上一段引人入胜的旅程,深入剖析计算机如何“看见”并理解我们所处的立体空间。它并非一本冰冷的算法手册,而是一曲交织着科学探索与艺术创意的赞歌,旨在揭示三维计算机视觉领域那些令人惊叹的智慧结晶。 本书从最基础的光学原理和人眼的视觉感知机制出发,循序渐进地构建起读者对三维空间理解的认知框架。我们不会直接跳入复杂的数学模型,而是先从“为什么”开始:人类是如何通过双眼协同工作,感知深度和距离的?光线如何在物体表面反射、折射,最终形成我们看到的图像?这些看似简单的问题,却是理解一切三维视觉技术的基础。我们将探讨立体视觉(stereopsis)的奇妙之处,解析眼球运动和注视点在构建三维感知中的作用,并介绍诸如视差(parallax)、遮挡(occlusion)等关键概念。通过类比和生动的图示,读者将能直观地体会到,我们的大脑是如何巧妙地从二维的视网膜图像中重构出三维世界的。 随着对生物视觉的理解逐渐加深,我们将笔锋一转,进入计算机视觉的殿堂。这里,我们不再依赖生物的生理构造,而是依靠精巧的算法和强大的计算能力。本书将重点介绍实现三维重建的两大主流范式:基于单目(monocular)和双目(binocular)视觉的场景理解。 在单目视觉部分,我们聚焦于如何从一张静态图像中提取三维信息。这无疑是一项极具挑战性的任务,因为一张二维图像本质上丢失了深度信息。我们将详细介绍SfM(Structure from Motion,运动恢复结构)和MVS(Multi-View Stereo,多视图立体)等经典技术。SfM的核心思想是,通过分析相机在不同位置拍摄同一场景所产生的多张图像,利用图像之间的几何约束来推断出场景的三维结构和相机的运动轨迹。我们将深入剖析特征点提取与匹配(feature point detection and matching)、基础矩阵(fundamental matrix)和本质矩阵(essential matrix)的计算、三角测量(triangulation)以及BA(Bundle Adjustment,联合光束法平差)等关键步骤。读者将了解到,即使是单张照片,在足够多的运动信息辅助下,也能“讲述”出其背后的三维故事。 MVS技术则更进一步,它依赖于从多个视角的图像集合中,对场景的每个像素点进行精确的三维定位。本书将解析MVS算法中至关重要的深度图(depth map)估计、深度图融合(depth map fusion)以及网格重建(mesh reconstruction)等核心环节。我们还会探讨如何处理噪声、遮挡和纹理缺失等实际问题,以及各种先进的MVS算法是如何在鲁棒性和精度上不断突破的。 双目视觉部分,本书将深入阐述立体匹配(stereo matching)的原理与应用。立体匹配旨在从同一时刻、同一场景的两张由已知相对位姿的相机拍摄的图像中,求解对应像素点的视差,进而计算出三维坐标。我们将详细讲解像素级匹配(pixel-level matching)的方法,包括块匹配(block matching)、全局匹配(global matching)以及局部代价聚合(local cost aggregation)等经典技术。书中还会介绍各种代价函数(cost function)的设计,以及如何利用排序约束(ordering constraint)、平滑约束(smoothness constraint)等来提高匹配的准确性。读者将了解,为什么拥有两个“眼睛”的计算机,在感知三维世界时能拥有天然的优势。 除了传统的基于几何的方法,本书还将前沿的深度学习技术在三维计算机视觉领域的应用进行梳理。我们将探讨卷积神经网络(CNN)如何被用来直接从图像中回归出深度图(monocular depth estimation),或者在立体匹配中作为代价计算和聚合的强大工具。诸如PointNet、PointNet++等直接处理点云数据的网络结构,以及基于Transformer的模型在三维感知任务中的最新进展,都将得到详细的介绍。这些章节将展示人工智能如何极大地提升三维重建的效率和精度,并开启全新的应用可能性。 《光影织梦》的魅力不仅在于理论的深度,更在于其对实际应用的广泛覆盖。本书将深入探讨三维重建技术在各个领域的落地,如: 机器人导航与感知: 机器人如何通过三维视觉“看见”周围环境,从而实现自主导航、避障和目标识别?我们将分析SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,即时定位与地图构建)技术,以及激光雷达(LiDAR)和深度相机在其中的作用。 增强现实(AR)与虚拟现实(VR): AR/VR设备如何精确地理解用户所处的真实三维空间,并将虚拟物体无缝叠加其中?本书将解析相机标定(camera calibration)、姿态估计(pose estimation)和场景理解在AR/VR系统中的关键作用。 三维扫描与建模: 如何从现实世界的物体或场景中获取高精度的三维数据,并生成数字模型?我们将介绍结构光(structured light)、激光扫描(laser scanning)等三维扫描技术的原理,以及如何在扫描后进行点云处理、网格化和纹理映射。 影视特效与游戏开发: 三维计算机视觉技术如何支撑电影特效的制作,以及游戏引擎如何实时渲染逼真的三维场景?本书将揭示面部捕捉、动作捕捉等技术背后的三维重建原理。 医疗影像分析: CT、MRI等医学影像如何被转化为三维模型,以便医生进行诊断和手术规划?我们将探讨三维重建在医学领域的应用价值。 本书并不止步于技术的介绍,更着眼于技术背后的逻辑与哲学。我们将思考:计算机的三维感知与人类的视觉认知之间存在哪些异同?人工智能在理解三维空间方面,将如何改变我们与数字世界互动的方式?未来的三维计算机视觉技术,又将指向何方? 《光影织梦:探索三维空间的视觉奥秘》是一本面向开发者、研究者、学生以及对三维世界充满好奇的任何人士的必读之作。它将用严谨而通俗的语言,为读者揭开三维计算机视觉的神秘面纱,点燃探索未知的热情,并为在数字浪潮中构建更智能、更逼真的三维体验,提供坚实的理论基础和丰富的实践启示。翻开这本书,你将不仅仅是阅读,更是开启一段感知与理解三维世界的新旅程。

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读后感

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用户评价

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我过去在学习经典的三维重建算法时,总是感觉理论和实践之间隔着一层厚厚的雾。这本书的出现,很大程度上帮我拨开了这层迷雾。它没有停留在抽象的理论层面,而是花费了大量篇幅去讲解如何将那些复杂的数学模型转化为可执行的代码逻辑。比如,在讨论结构光和激光雷达的原理时,作者不仅解释了光束如何与物体表面交互,更重要的是,他详细剖析了噪声的来源以及如何设计鲁棒的匹配策略来应对现实世界中的各种干扰。我特别喜欢它对“鲁棒性”的探讨,这是工程实践中最核心的考量之一。书里介绍了几种不同的优化框架,从经典的最小二乘法到更前沿的基于图的优化,每一种方法的优缺点、适用场景都被剖析得淋漓尽致。阅读过程中,我时不时会停下来,在脑海中构建一个虚拟的实验环境,思考如果我用这种方法去处理一个特定的室外场景数据,可能会遇到哪些挑战。这种引导性的叙述方式,极大地激发了我主动思考的欲望,让我感觉自己不仅仅是在阅读,而是在进行一场深度的学术对话。

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这本书的封面设计得很有冲击力,那种深邃的蓝色背景配上一些未来感的几何线条,一下子就抓住了我的眼球。我拿到手的时候,首先关注的就是目录,它清晰地勾勒出了一个宏大的知识版图。从基础的光学原理讲起,作者似乎想为所有读者打下一个坚实的地基,这一点我很欣赏,毕竟没有扎实的基础,后面的高楼大厦就容易摇晃。接着,它深入探讨了图像采集和处理的方方面面,那种对细节的把控,比如不同传感器类型的工作原理,以及如何校准镜头畸变,都写得非常详尽。我记得有一章专门讲了滤波器的选择和应用,从最基础的均值滤波到更复杂的非局部均值,作者不仅给出了数学公式,还配上了大量的实际应用案例,这对于我这种更偏向工程实践的人来说,简直是如获至宝。阅读过程中,我能感受到作者的匠心独运,他似乎在引导我们一步步揭开视觉世界的神秘面纱,而不是简单地罗列技术。这本书的排版也做得不错,图文并茂,关键公式都有单独的标注,阅读体验非常流畅,让人完全沉浸其中,对那些复杂的数学推导也多了几分耐心去消化吸收。

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坦白说,市面上很多关于这个领域的书籍,往往要么过于侧重于纯粹的数学推导,把人看得云里雾里,要么就是变成了一本浅尝辄止的“速查手册”,缺乏深度。但这本《3D Computer Vision》找到了一个绝佳的平衡点。它的叙事风格非常“老派”且严谨,但又巧妙地穿插了一些现代的视角。比如,当它谈及相机标定这个经典问题时,它没有简单地重复教科书上的内容,而是引入了在移动平台上进行在线标定的挑战和解决方案,这立刻让内容变得鲜活起来,充满了时代感。我尤其欣赏作者在介绍不同算法时,总会追溯到它的历史根源和发展脉络,这让我能够理解为什么某些技术会被选择,以及它们是如何一步步演化至今的。这种历史的纵深感,让学习过程变得更有厚度和意义,不再是孤立地掌握一堆工具,而是理解一个知识体系的形成过程。虽然有些章节的数学深度要求较高,但作者的处理方式是先给出直觉性的解释,再辅以严谨的证明,这种循序渐进的方式大大降低了学习曲线的陡峭程度。

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这本书在处理“语义”和“几何”的交汇点时展现出了卓越的洞察力。在我看来,真正的三维视觉不仅仅是重建出点云或网格,更重要的是理解这些形状背后的含义。这本书在这方面投入了相当的精力,它不仅仅停留在描述如何获得精确的深度信息,更进一步探讨了如何利用这些几何信息来辅助高级的任务,例如场景理解和自主导航。我发现它对 SLAM(即时定位与地图构建)技术的阐述非常到位,尤其是对回环检测和后端优化的描述,逻辑清晰,层次分明。作者似乎有一种能力,能够把那些看似复杂的、相互耦合的模块,拆解成独立可分析的部分,然后再清晰地展示它们是如何协同工作的。对于那些希望将三维技术应用于机器人或自动驾驶领域的读者来说,这本书提供的框架是无价的。它教会的不是如何“复制”一个结果,而是如何“构建”一个可靠的系统。我感觉自己像是得到了一位经验丰富的工程师手把手的指导,而不是在研读一本冰冷的技术文档。

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读完此书,我最大的感受是,它为我建立了一个极富弹性的知识框架。这本书的广度令人印象深刻,它涵盖了从传统的光度立体法到最新的基于深度学习的单目深度估计等多个流派,几乎没有明显的知识盲区。这种包罗万象的特性,使得它不仅适合作为一本入门的教材,更适合作为一本长期参考的工具书。每当我遇到一个前沿问题,总能在书中找到相关的基础理论回顾和现有解决方案的比较分析。我欣赏作者在讨论新兴技术(比如神经辐射场 NeRF 相关的基础概念)时所保持的批判性思维,他没有盲目推崇最新的热点,而是将其置于整个三维重建的历史背景下去审视其真正的贡献和局限性。这种平衡的视角,对于我们这些身处快速发展领域的研究者和工程师来说,至关重要。总而言之,这本书的价值在于它提供了一种结构化的、深入的、并且与时俱进的理解三维世界的方法论,而非仅仅是一堆孤立的算法集合。

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