相機內外參矩陣和座標變換

2021-10-09 16:56:44 字數 2126 閱讀 7785

1、世界座標系和相機座標系的關係:

從世界座標系到相機座標系,涉及到物體的旋轉和平移。繞著不同的座標軸旋轉不同的角度,得到相應的旋轉矩陣。如下圖所示:

於是,從世界座標系到相機座標系,涉及到旋轉和平移(其實所有的運動也可以用旋轉矩陣和平移向量來描述)。繞著不同的座標軸旋轉不同的角度,得到相應的旋轉矩陣,如下圖所示:

於是可以得到 p 點在相機座標系下的座標:

從相機座標系到影象座標系,屬於透視投影關係,從3d轉換到2d。

2、齊次座標系:

齊次座標就是將乙個原本是n維的向量用乙個n+1維向量來表示,是指乙個用於投影幾何裡的座標系統,如同用於歐氏幾何裡的笛卡兒座標一般。英文名稱homogeneous coordinate system。也就是說homogeneous國內翻譯為「齊次」。

二維點(x,y)的齊次座標表示為(hx,hy,h)。由此可以看出,乙個向量的齊次表示是不唯一的,齊次座標的h取不同的值都表示的是同乙個點,比如齊次座標(8,4,2)、(4,2,1)表示的都是二維點(4,2)。

齊次座標表示是計算機圖形學的重要手段之一,它既能夠用來明確區分向量和點,同時也更易用於進行仿射(線性)幾何變換。」—— f.s. hill, jr。

給出點的齊次表示式[x y h],就可求得其二維笛卡爾座標,即

許多圖形應用涉及到幾何變換,主要包括平移、旋轉、縮放。以矩陣表示式來計算這些變換時,平移是矩陣相加,旋轉和縮放則是矩陣相乘,綜合起來可以表示為p』 = m1p+ m2(注:因為習慣的原因,實際使用時一般使用變化矩陣左乘向量)(m1旋轉縮放矩陣, m2為平移矩陣, p為原向量 ,p』為變換後的向量)。引入齊次座標的目的主要是合併矩陣運算中的乘法和加法,表示為p』 = mp的形式。

你會發現(1, 2, 3), (2, 4, 6) 和(4, 8, 12)對應同乙個euclidean point (1/3, 2/3),任何標量的乘積,例如(1a, 2a, 3a) 對應 笛卡爾空間裡面的(1/3, 2/3) 。因此,這些點是「齊次的」,因為他們代表了笛卡爾座標系裡面的同乙個點。換句話說,齊次座標有規模不變性。

使用齊次座標的另乙個好處是,能夠表示n維空間中的無窮遠點,即(x1,x2,…,xn,0)表示n維空間中無窮遠點,而它在n+1維空間中該點是在有限區域內的。有了上面的齊次座標的概念,我們就可以把上面三種變換的形式統一起來。

3、相機座標系

四個座標軸的變換關係:

(1)從 world 到 camera

(2)從camera到image

(3)從 image 到 pixel

(4)從world 到 pixel

相機內參外參

參考資料 說內參矩陣之前,還得再引入畫素座標系的概念。上述影象點的表示是長度單位,不是畫素,由於我們拿到的影象是以畫素來衡量的,因此還需要將影象座標系轉化為畫素座標系。在此直接給出結論 於是之前的相機矩陣又得新增一項 上述推導中有乙個假設前提,就是相機的感光元件是正方形的,感光元件的安裝也是通過光軸...

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