Geometrie počítačového vidění a grafiky

Předmět nesmí být zapsán současně s:

Teoretické základy vidění,grafiky a interakce (A4M33TZ)

Předmět je náhradou za:

Teoretické základy vidění,grafiky a interakce (A4M33TZ)

Přednášející:

Tomáš Pajdla (gar.)

Cvičící:

Tomáš Pajdla (gar.), Michal Havlena, Martin Matoušek

Předmět zajišťuje:

katedra kybernetiky

Anotace:

Vysvětlíme základy euklidovské, afinní a projektivní geometrie, model perspektivní kamery, transformaci obrazů při pohybu kamery a jeho normalizaci pro rozpoznávání objektů v obrazech. Teoretické principy budeme demonstrovat na praktické úloze vytvoření mozaiky z obrazů, měření geometrie prostorových objektů kamerou a rekonstrukci geometrických a fyzikálních vlastností scény z jejích projekcí. Navážeme na matematicky aparát lineární algebry a optimalizace. Připravíme základy pro výpočetní geometrii, počítačové vidění, počítačovou grafiku, zpracování obrazu a rozpoznávání objektů v obrazech.

Požadavky:

A0B01LAG Lineární Algebra

Osnova přednášek:

1. Geometrie počítačového vidění a grafiky a jak ji studovat.

2. Lineárni a afinní prostor.

3. Reprezentace polohy.

4. Matematický model perspektivní kamery.

5. Kalibrace a výpočet polohy perspektivní kamery.

6. Homografie.

7. Invariance, kovariantní konstrukce.

8. Projektivní rovina. Nevlastní body a přímka, úbežníky, horizont.

9. Kalibrace kamery z úbežníku a z homografie.

10. Projektivní prostor. Reprezentace bodu, přímky, roviny.

11. Reprezentace úhlu a vzdálenosti v afinním a projektivním prostoru.

12. Autokalibrace perspektivní kamery.

13. Epipolární geometrie.

14. 3D rekonstrukce z obrazů.

Osnova cvičení:

01. P: Počítačové vidění, grafika a interakce (Zajímavé problémy v PGI - Computer-Vision-Show.ppt, Boujou, Reseni soustavy linearnich rovnic, Matice soustavy, hodnost matice)

02. P: Afinní prostor (Lineární prostor, afinni prostor, souřadná soustava, interpretace matice přechodu mezi bázemi lineárního prostoru.)

03. P: Matematický model perspektivní kamery (Perspektivni kamera, souřadná soustava kamery a její volba, vztah mezi souřadnicemi bodu v prostoru a souřadnicemi jeho projekce, projekční matice kamery.)

04. P: Pohyb kamery modelovaný lineární transformací souřadnic (Vztah mezi souřadnicemi korespondujících bodů v obrazech pořízených kamerou rotující okolo středu promítání, vztah mezi souřadnicemi obrazů bodů rovinné scény.)

05. P: Projektivní rovina a projektivní prostor (Axiomatická definice, nejmenší afinní a projektivní roviny, lineární reprezentace, nevlastní bod, nevlastní přímka, spojování a protínání.)

06. P: Reálná projektivní rovina (Model reálné projektivní roviny v afinním a vektorovém prostoru, reprezentace bodů a přímek podprostory lineárního prostoru, (homogenní) souřadnice bodu a přímky, vektorový součin jako operátor protínání a spojování).

07. P: Reálný projektivní prostor (Model prostoru, body, přímky, Plueckerovy souradnice, roviny, operace s nimi, kamera v reálném projektivním prostoru)

08. P: Vzdálenost a úhel v euklidovském, afinním a metrickém prostoru. (Euklidovský skalární součin, vzdálenost v afinním prostoru, vzdálenost a úhel v projektivním prostoru, algebraická a geometrická reprezentace, měření úhlů a vzdáleností protorových objektů v obrazech)

09. P: Transformace projektivního prostoru. Invariance. Kovariance. (Transformace euklidovského, afinního a projektivního prostoru. Hierarchie transformací, vztah k invariantům a grupám. Kovariantní a invariantní konstrukce).

10. P: Deterministické a randomizované výpočty v geometrii (Formulace problémů (RANSAC, konvexní obálka, sledování paprsku) pro deterministické a randomizované algoritmy, navázání na 5. přednášku - Generování náhodných čísel - A4M33PAL a 10. přednásku - Pravděpodobnostní algoritmy - A4M01TAL).

11. P: Konstrukce geometrických primitiv (RASNAC jako randomizovaný algoritmus v L_infty normě, aproximace dat přímkou a homografií, výpočet konvexního obalu a lineární programování ve 2D)

12. P: Výpočet geometrických vlastností objektů (A random polynomial-time algorithm for approximating the volume of convex bodies).

13. P: Simulace fyzikálních vlastností scény (Metropolis light transport).

Cíle studia:

Cílem je představit teoretický aparát pro modelování prespektivních kamer a řešení úloh meření a rekonstrukce z obrazů.

Studijní materiály:

[1] P. Ptak. Introduction to Linear Algebra. Vydavatelstvi CVUT, Praha, 2007.

[2] E. Krajnik. Maticovy pocet. Skriptum. Vydavatelstvi CVUT, Praha, 2000.

[3] R. Hartley, A.Zisserman. Multiple View Geometry in Computer Vision.

Cambridge University Press, 2000.

[4] M. Mortenson. Mathematics for Computer Graphics Applications. Industrial Press. 1999

Poznámka:

Poznámka učitele Michal Havlena:

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost KN:E-126 Pajdla T. 09:15–10:45 (přednášková par. 1) Karlovo nám. Trnkova posluchárna K5místnost KN:E-220 Matoušek M. Havlena M. 12:45–14:15 (přednášková par. 1 paralelka 101) Karlovo nám. Laboratoř BIOmístnost KN:E-220 Matoušek M. Havlena M. 16:15–17:45 (přednášková par. 1 paralelka 102) Karlovo nám. Laboratoř BIOmístnost KN:E-220 Matoušek M. Havlena M. 18:00–19:30 (přednášková par. 1 paralelka 103) Karlovo nám. Laboratoř BIO
Út
St
Čt
Pá

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Otevřená informatika - Počítačové vidění a digitální obraz (povinný předmět oboru)