图像的形成¶
Camera Model¶
Pinhole Camera¶
小孔成像原理。孔径越小，成像越清晰，但是光线越暗
Lens Camera¶
透镜成像原理。
Focal Length: 焦距，记作 f
高斯公式：\(\frac{1}{f} = \frac{1}{o} + \frac{1}{i}\)。其中 o 为物距，i 为像距（要投影到光轴上）
Image Magnification¶
光学变焦：焦距越大，成像越大。长焦镜头（焦距大），广角镜头（焦距小）
Field of View (FOV)¶
视场角，广角镜头视场角大，长焦镜头视场角小。还取决于传感器的大小（sensor size）
Aperture¶
光圈，控制进入相机的光线量。光圈越大，进入的光线越多，成像越亮。光圈越小，进入的光线越少，成像越暗。
f-number: 光圈大小的标准，\(N = \frac{f}{D}\)，其中 f 为焦距，D 为光圈直径
Lens Defocus¶
失焦，光线不聚焦在传感器上，导致图像模糊。通过调整焦距，使得物体成像在传感器上。
通过调整焦距，使得物体成像在传感器上。
失焦会产生 blur circle，其大小为 \(b = \frac{D}{i'} \cdot |i‘ - i|\)，其中 D 为光圈直径，i' 为像距，i 为传感器到透镜的距离。
减小光圈直径，可以减小失焦的影响。
Depth of Field (DOF)¶
景深，物体成像清晰的范围。DOF 受光圈大小、焦距、物距、传感器大小等因素影响。产生原因：传感器是离散的。
特写：光圈大，焦距小，DOF 小，背景模糊；全景：光圈小，焦距大，DOF 大，背景清晰。
Geometric Image Formation¶
三维到二维的投影过程。
Perspective Projection¶
\(u = x \cdot \frac{f}{z}, v = y \cdot \frac{f}{z}\)
Homogeneous Coordinates
Converting to homogeneous coordinates:
Converting from homogeneous to Cartesian:
上面的变换可以写成：
Vanishing Points¶
灭点，平行线在成像平面上的交点。只取决于线的方向。
Vanishing Line¶
灭线，两组平行线的灭点的连线，对应三维空间中的平面，同一平面上的平行线的灭点在同一灭线上。
Perspective Distortion¶
畸变，由于透镜的形状和位置，导致图像中的物体形状发生变化。比如两个平行线在图像中不再平行。
轴移相机：透镜和传感器不在同一轴上，消除畸变。
Radial distortion
径向畸变，由于透镜的形状，导致图像中的物体形状发生变化。比如圆形变成椭圆。分为枕形畸变和桶形畸变。
Photometric Image Formation¶
图像的亮度和颜色。
Image Sensor¶
每个 pixel 记录光强和颜色。使用 CMOS 传感器进行光电转换。
Shutter¶
快门，控制光线进入传感器的时间。快门时间（Shutter speed）越长，进入的光线越多，成像越亮。
Rolling Shutter¶
滚动快门，逐行扫描，导致快门时间不同，产生图像畸变。
与之相对的是 Global Shutter，同时扫描所有像素。
Color Sensing¶
HSV Space¶
Hue（色相）、Saturation（饱和度）、Value（亮度）。
RGB Space¶
用 RGB 表示颜色。每个 pixel 记录三个通道的光强。
Bayer Filter¶
贝尔滤波器，使用 Bayer Filter 进行颜色传感。每个 pixel 只记录一个通道的光强，通过插值得到其他通道的光强。
两个绿色通道：人眼对绿色敏感。
Shading¶
着色，根据光源、物体表面、相机位置等因素，计算反射光的颜色。
BRDF¶
双向反射分布函数，描述物体表面的反射特性。
Diffuse Reflection¶
漫反射，光线均匀反射，与观测角度无关。
Specular Reflection¶
镜面反射，光线按照反射角度反射，只与观测角度有关。
Ambient Light¶
环境光，和物体表面无关。
\(L_a = k_a \cdot I_a\)，其中 \(k_a\) 为环境光系数，\(I_a\) 为环境光强度。
Blinn-Phong Reflection Model¶
Blinn-Phong 反射模型，结合漫反射、镜面反射和环境光，近似表示 BRDF。