相機成像原理

MKT-porter發表於2024-08-09


https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU2NjU3OTc5NA==&mid=2247545276&idx=2&sn=458b782fadf8dda3b14100a375d82032&chksm=fca83681cbdfbf9782cdd89d3337bbf13c50ebccd711ec4ec5dc9b1ab7b5b3b7472d884ee044&scene=27

1.空間三維座標系三維空間座標系即世界座標系,是一個絕對的座標系,所有三維點在世界坐標系下能夠反映各自的位置關係;世界座標系的原點是不固定的,隨著應用場景不同,世界座標系原點不同;在相機標定過程中,世界座標系置於標定板的棋盤格的左上端。

世界座標系和相機三維座標系都是三維座標系,但是座標系原點不同;兩個三維座標系可透過平移和旋轉進行相互轉換;物理意義:一個三維點在世界座標系下的座標可透過平移和旋轉,轉換到另一個不同原點的三維座標系下。

假設世界座標系下物體點 P 的座標( Xw, Yw, Zw),經過旋轉矩陣 R 和平移矩陣 t 變換後,轉換為相機座標系下座標( Xc, Yc, Zc ),則轉換過程可表為:

用矩陣表達:

2.相機三維座標系相機座標系是以相機光心 O 為原點的三維座標系,世界座標系下的三維點透過歐式變換(平移和旋轉),可轉換到相機座標系中;相機座標系的點到影像座標系的點,透過透視變換進行轉換;其中影像座標系是一個二維座標系,可理解為相機座標系中距離相機光心 距離為f(Zc=f) ,與光心 Zc=0平 面平行的一個平面;

將所有相機光心的座標投影到 Zc=f 的平面上則:

矩陣形式:

3.影像座標系

影像座標系( Zc = f 的平面)是二維座標系,描述相機座標系中投影點在圖像上的投影位置,一般座標中心在相機Zc座標軸上,xy座標軸分別與相機座標系中 XY軸平行;影像座標系描述透視變換後空間點在影像上成像的位置座標;

4.畫素座標系影像座標 (x,y) 轉換到畫素座標 (u,v) ,透過量化畫素大小,計算投影點所在的畫素位置;其中單個畫素在x軸上的大小dx,y軸上的大小dy;一般在攝影測量中畫素座標系的原點在左下方;計算機視覺中畫素座標系的原點在左上方;本文以計算機視覺為準,原點在左上方如圖7所示;

使用矩陣的形式表達:

為了獲取齊次座標,最後一行可以新增 1 進行補充;

聯立(1)(2)(3)式可以獲得,世界座標系一點P(Xw,Yw,Zw) 到畫素座標的計算過程:

到目前為止,我們還未考慮畸變情況,所有推導都是無畸變的理想狀態;對視對於行動式鏡頭的畸變是不可忽略的,廣角鏡頭和魚眼鏡頭畸變更大,尤其是徑向畸變;在本節中我們將討論畸變情況,一般只考慮2項徑向畸變

相關文章