Dieser Kurs konzentriert sich auf die Wiederherstellung der 3D-Struktur einer Szene aus ihren 2D-Bildern. Insbesondere interessieren wir uns für die 3D-Rekonstruktion einer starren Szene aus Bildern, die von einer stationären Kamera (gleicher Blickwinkel) aufgenommen wurden. Dieses Problem ist interessant, da wir wollen, dass die verschiedenen Bilder der Szene komplementäre Informationen erfassen, obwohl die Szene starr ist und die Kamera fest steht. Zu diesem Zweck untersuchen wir verschiedene Möglichkeiten der Bildaufnahme, bei denen jedes Bild zusätzliche Informationen über die Szene liefert. Um die Eigenschaften der Szene (Tiefe, Oberflächenausrichtung, Materialeigenschaften usw.) zu schätzen, definieren wir zunächst einige wichtige radiometrische Konzepte, wie z.B. die Intensität der Lichtquelle, die Oberflächenbeleuchtung, die Oberflächenhelligkeit, die Bildhelligkeit und den Oberflächenreflexionsgrad. Dann befassen wir uns mit dem schwierigen Problem der Form aus der Schattierung - der Wiederherstellung der Form einer Oberfläche aus ihrer Schattierung in einem einzigen Bild. Als nächstes zeigen wir, dass, wenn mehrere Bilder einer Szene mit bekanntem Reflexionsgrad aufgenommen werden und dabei die Beleuchtungsrichtung geändert wird, die Oberflächennormale an jedem Punkt der Szene berechnet werden kann. Diese Methode, die photometrische Stereo genannt wird, liefert eine dichte Karte der Oberflächennormalen, die integriert werden kann, um die Oberflächenform zu erhalten.

Als nächstes befassen wir uns mit der Tiefe durch Defokussierung, die die begrenzte Tiefenschärfe der Kamera nutzt, um die Struktur der Szene abzuschätzen. Aus einer kleinen Anzahl von Bildern, die durch Änderung der Fokuseinstellung des Objektivs aufgenommen wurden, wird eine dichte Tiefenkarte der Szene erstellt. Schließlich stellen wir eine Reihe von Techniken vor, die aktive Beleuchtung (die Projektion von Lichtmustern auf die Szene) verwenden, um präzise 3D-Rekonstruktionen der Szene zu erhalten. Diese aktiven Beleuchtungsmethoden sind das Arbeitspferd der Fabrikautomation. Sie werden in Fertigungsstraßen eingesetzt, um Produkte zu montieren und ihre visuelle Qualität zu überprüfen. Auch in anderen Bereichen wie fahrerlosen Autos, Robotik, Überwachung, medizinischer Bildgebung und Spezialeffekten in Filmen werden sie ausgiebig eingesetzt.