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第二章为视觉成像系统的基本理论，主要包括：单相机的成像以及折反射全方位视觉成像，最后简单介绍了仿真软件POV-Ray。
第三章为单相机全方位立体视觉系统的优化设计，详细介绍了系统的结构，并建立系统的优化模型，并通过matlab求解出系统参数。
第四章为系统的仿真实验，利用POV-Ray对系统进行仿真。
2 视觉成像系统的基本理论
本章节的内容为后面更好的研究小型轻便型立体相机提供了理论基础。首先介绍最基础的成像：普通相机的成像；而后介绍折反射全方位立体成像的相关基础知识；最后简单介绍仿真软件POV-Ray。
2.1 普通相机的成像
普通相机的成像原理较为简单。只是简单的运用光学原理设计[10]，即光是沿直线传播的性质和和光的折反射规律，通过折反射将物体投影到像平面上，从而完成成像过程。
由于光学系统[10]拥有线性以及时空不变性的特性，因此输入图象与输出图象的分布函数有如下的函数关系:
由上述函数关系可知，此光学系统的输入图象分布函数与点扩散函数的卷积可得到输出图象分布函数。由于此光学成像系统又有线性时空不变性，因此成像特性可由点扩散函数在时域上进行定量描述，由光学传递函数在频域上进行定量描述。两者是一对傅里叶变换[11]。
在普通相机的的成像系统中，物体被看做是一个个呈二位分布的点光源。镜头系统[12]被认为是线性系统，由分布于空间中的一个个光斑组合而成，所以普通相机所成的像就可以被近似的认为物体与镜头系统的点扩散的卷积而成。
2.2 折反射全方位视觉成像
折反射全方位立体视觉成像是近十年才在我国飞速发展的，其相对于普通相机的成像拥有着视场更大以及能够立体成像成像的特点，能更好的的应用于许多普通相机所无法达成的项目上。但因其结构相对复杂，因此也具有一定的局限性。本节这是对折反射全方位视觉成像进行简单的了解。
全方位成像系统根据其约束条件可简单的分为非单视点成像[13]和单视点成像[14]。其中，非单视点成像是指光线进入系统时没有唯一交点，对应的单视点成像是指光线进入系统时有唯一交点。对比两种成像系统，非单视点成像系统的研究更加复杂，因此，单视点折反射视觉成像系统为本文的主要研究对象。
2.2.1 像素坐标系、图象坐标系、摄像机坐标系、世界坐标系
坐标系是定量研究光学成像的基础。首先了解四个基础的参考坐标系[15]。
(1)像素坐标系
像素坐标系（u，v）用于示意像素处于数组中的列数和行数。像素是基本原色素及其灰度（即亮度）的数值。如图2.1所示，O0为像素坐标系的原点，处于图形左上角，该坐标是以像素为单位的，（u，v）是像素坐标系上的坐标，即其列数与行数。
图2.1 像素坐标系与图象坐标系
(2)图象坐标系
图象坐标系（x，y）用于体现像素在图象中的位置。其中O1为图象坐标系的原点，位于图象中心。假设点O1在像素坐标系中的坐标为（u0，v0），用微分形式表示单位像素则为dx、dy，则图象中任一像素在上述介绍的坐标系下的坐标均有如下关系：
（2.1）
将式（2.1）写成齐次坐标与矩阵的形式，即：
（2.2）
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