Όραση Υπολογιστών & Φωτογραμμετρία

Περίγραμμα

Η εικόνα ως προοπτική απεικόνιση του 3D χώρου. Μηχανή σημειακής οπής (pin-hole camera), κεντρική προβολή και οι γεωμετρικές ιδιότητές της (εκτροπή λόγω αναγλύφου, παράλλαξη, σημεία φυγής). Η συνθήκη συγγραμμικότητας ως μαθηματικό μοντέλο της κεντρικής προβολής. Πίνακες στροφής. Εσωτερικός προσανατολισμός εικόνας, ακτινική διαστροφή φακών, βαθμονόμηση μηχανής. Εξωτερικός προσανατολισμός εικόνας. Η γεωμετρία της 3D ανακατασκευής (3D reconstruction).

Στοιχεία προβολικής γεωμετρίας (ομογενείς συντεταγμένες, σημεία του απείρου, προβολικό επίπεδο και προβολικός χώρος). Προβολικοί μετασχηματισμοί. Ομογραφία – Άμεσος γραμμικός μετασχηματισμός (DLT). Πίνακας προβολής. Πίνακας μηχανής. Επιπολική γεωμετρία. Επιπολικός (fundamental) πίνακας, δεσμευμένος επιπολικός (essential) πίνακας. Εύρωστοι εκτιμητές, RANSAC. Σχετικός και απόλυτος προσανατολισμός στερεοζεύγους. Επιπολική επανασύσταση στερεοζεύγους.

Σημειακοί τελεστές και περιγραφείς (descriptors). Ανίχνευση και συνταύτιση χαρακτηριστικών σημείων. Αυτόματος σχετικός προσανατολισμός. Αυτόματος πολυεικονικός προσανατολισμός, SFM (Structure from Motion), συνόρθωση με τη μέθοδο της δέσμης (bundle adjustment).  Εισαγωγή πρόσθετων δεσμεύσεων. Αυτοβαθμονόμηση μηχανής (self-calibration).

Γεωμετρικοί μετασχηματισμοί ψηφιακών εικόνων. Ψηφιακή αναγωγή, ψηφιακή ορθοφωτογραφία, ψηφιακά αναπτύγματα και χαρτογραφικές προβολές. Πανοραμικές εικόνες.

Ψηφιακή συνταύτιση/συσχέτιση εικόνας (image matching) και χάρτες βάθους (depth/disparity maps). Μέτρα ομοιότητας και συσσωμάτωση κόστους (cost aggregation). Μέθοδοι και στρατηγικές διεικονικής και πολυεικονικής συνταύτισης. Εισαγωγή γεωμετρικών δεσμεύσεων. Αυτόματη συλλογή ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου και 3D ανακατασκευή αντικειμένων, οπτικοποίηση. Σύγχρονα προϊόντα και εφαρμογές.

Σκοπός

Κύριος στόχος του μαθήματος αυτού είναι να εξηγήσει αναλυτικά και να εμβαθύνει επαρκώς στις γεωμετρικές (Ευκλείδειες και προβολικές) σχέσεις εικόνας – 3D χώρου, υπό το πρίσμα των όμορων  επιστημονικών πεδίων της Φωτογραμμετρίας και της Όρασης Υπολογιστών. Με την ολοκλήρωση του μαθήματος, οι μεταπτυχιακοί φοιτητές θα έχουν εξοικειωθεί με όλες τις βασικές έννοιες, σύγχρονες τεχνικές και μεθοδολογίες που επιτρέπουν την πλήρως αυτοματοποιημένη ανακατασκευή 3D αντικειμένων και σκηνών από εικόνες.

Βιβλιογραφία / Literature

Szeliski R., 2021. Computer Vision: Algorithms and Applications, 2^nd ed., Springer.

Förstner W., Wrobel B.P., 2016. Photogrammetric Computer Vision. Statistics, Geometry, Orientation and Reconstruction. Springer International Publishing, Switzerland.

Forsyth D.A., Ponce J., 2012. Computer Vision: A Modern Approach, 2^nd ed., Pearson Education Inc.