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相机成像原理

时间:2024-08-09 15:38:08浏览次数:6  
标签:原点 三维 像素 相机 坐标 坐标系 原理 成像


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1.空间三维坐标系三维空间坐标系即世界坐标系,是一个绝对的坐标系,所有三维点在世界坐标系下能够反映各自的位置关系;世界坐标系的原点是不固定的,随着应用场景不同,世界坐标系原点不同;在相机标定过程中,世界坐标系置于标定板的棋盘格的左上端。

 

 

 

世界坐标系和相机三维坐标系都是三维坐标系,但是坐标系原点不同;两个三维坐标系可通过平移和旋转进行相互转换;物理意义:一个三维点在世界坐标系下的坐标可通过平移和旋转,转换到另一个不同原点的三维坐标系下。

假设世界坐标系下物体点 P 的坐标( Xw, Yw, Zw),经过旋转矩阵 R 和平移矩阵 t 变换后,转换为相机坐标系下坐标( Xc, Yc, Zc ),则转换过程可表为: 

 用矩阵表达:

 

2.相机三维坐标系相机坐标系是以相机光心 O 为原点的三维坐标系,世界坐标系下的三维点通过欧式变换(平移和旋转),可转换到相机坐标系中;相机坐标系的点到图像坐标系的点,通过透视变换进行转换;其中图像坐标系是一个二维坐标系,可理解为相机坐标系中距离相机光心 距离为f(Zc=f) ,与光心 Zc=0平 面平行的一个平面;

 

将所有相机光心的坐标投影到 Zc=f 的平面上则:

 

 矩阵形式:

 

3.图像坐标系

 

 图像坐标系( Zc = f 的平面)是二维坐标系,描述相机坐标系中投影点在图像上的投影位置,一般坐标中心在相机Zc坐标轴上,xy坐标轴分别与相机坐标系中 XY轴平行;图像坐标系描述透视变换后空间点在图像上成像的位置坐标;

 

4.像素坐标系图像坐标 (x,y) 转换到像素坐标 (u,v) ,通过量化像素大小,计算投影点所在的像素位置;其中单个像素在x轴上的大小dx,y轴上的大小dy;一般在摄影测量中像素坐标系的原点在左下方;计算机视觉中像素坐标系的原点在左上方;本文以计算机视觉为准,原点在左上方如图7所示;

 使用矩阵的形式表达:

 为了获取齐次坐标,最后一行可以添加 1 进行补充;

联立(1)(2)(3)式可以获得,世界坐标系一点P(Xw,Yw,Zw) 到像素坐标的计算过程:

 

 

到目前为止,我们还未考虑畸变情况,所有推导都是无畸变的理想状态;对视对于便携式镜头的畸变是不可忽略的,广角镜头和鱼眼镜头畸变更大,尤其是径向畸变;在本节中我们将讨论畸变情况,一般只考虑2项径向畸变

 

 

 

 

标签:原点,三维,像素,相机,坐标,坐标系,原理,成像
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