Ce cours se concentre sur la récupération de la structure 3D d'une scène à partir de ses images 2D. En particulier, nous nous intéressons à la reconstruction 3D d'une scène rigide à partir d'images prises par une caméra fixe (même point de vue). Ce problème est intéressant car nous voulons que les multiples images de la scène capturent des informations complémentaires malgré le fait que la scène soit rigide et que la caméra soit fixe. Afin d'estimer les propriétés de la scène (profondeur, orientation de la surface, propriétés des matériaux, etc.), nous définissons d'abord plusieurs concepts radiométriques importants, tels que l'intensité de la source lumineuse, l'illumination de la surface, la luminosité de la surface, la luminosité de l'image et la réflectance de la surface. Ensuite, nous nous attaquons au problème difficile de la forme à partir de l'ombrage, c'est-à-dire la récupération de la forme d'une surface à partir de son ombrage dans une seule image. Ensuite, nous montrons que si plusieurs images d'une scène dont la réflectance est connue sont prises tout en changeant la direction de l'éclairage, la normale de la surface à chaque point de la scène peut être calculée. Cette méthode, appelée stéréo photométrique, fournit une carte dense des normales de surface qui peut être intégrée pour obtenir la forme de la surface.

Nous abordons ensuite la question de la profondeur à partir de la défocalisation, qui utilise la profondeur de champ limitée de la caméra pour estimer la structure de la scène. À partir d'un petit nombre d'images prises en changeant le réglage de la mise au point de l'objectif, une profondeur dense de la scène est récupérée. Enfin, nous présentons une série de techniques qui utilisent l'illumination active (la projection de motifs lumineux sur la scène) pour obtenir des reconstructions 3D précises de la scène. Ces méthodes d'illumination active sont le cheval de bataille de l'automatisation des usines. Elles sont utilisées sur les chaînes de fabrication pour assembler les produits et contrôler leur qualité visuelle. Elles sont également très utilisées dans d'autres domaines tels que les voitures sans conducteur, la robotique, la surveillance, l'imagerie médicale et les effets spéciaux dans les films.