針孔模型相機 座標系之間的變換 詳解

2021-10-25 09:27:46 字數 1942 閱讀 5685

目錄

一、整體圖

二、座標系間的轉換

2.1 世界座標系和相機座標系

2.2 相機座標系和影象座標系

2.3 影象座標系和畫素座標系

世界座標系,相機座標系,影象座標系,畫素座標系之間的關係 如下圖:

注意:圖中 p(x_w,y_w,z_w) 不是世界座標系的點,應該是相機座標系下的點,很明顯是在相機座標系下,即以oc為中心的座標系投射來的,那麼p就應該標註為p(xc,yc,zc), 這樣更加準確,畫的不是很確切, 會讓讀者產生誤解的。要是說他錯呢,也太牽強,畢竟人家本來也是在世界座標系下的嘛!還是後面改一下吧

剛體變換(regidbody motion):三維空間中, 當物體不發生形變時,對乙個幾何物體作旋轉, 平移的運動,稱之為剛體

變換。因為世界座標系和攝像機座標都是右手座標系,所以其不會發生形變。我們想把世界座標系下的座標轉換到攝像機座標下的座標,如下圖所示,可以通過剛體變換的方式。空間中乙個座標系,總可以通過剛體變換轉換到另外乙個個座標系的。

其中,xc代表攝像機座標系,xw代表世界座標系。r代表旋轉,t代表平移。r、t與攝像機無關,所以稱這兩個引數為攝像機的外引數(extrinsic parameter)可以理解為兩個座標原點之間的距離,因其受x,y,z三個方向上的分量共同控制,所以其具有三個自由度。r則為分別繞xyz三軸旋轉的效果之和。如下面所示:

r=r1*r2*r3.其由三個方向的θ控制,故具有三個自由度。這個過程應該很容易明白的!你們也可以畫圖, 求乙個點在兩個座標系下的表達,便可以吧矩陣求出來!

影象座標系也叫像平面座標系,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,少了一維便是距離,這也是單目相機模糊的原因

利用三角形的相似原理進行座標的求解!需要注意的是:此時投影點p的單位還是mm,並不是pixel,需要進一步轉換到畫素座標系;

畫素座標系和影象座標系都在成像平面上,與前面的座標系變換不同,此時沒有旋轉變換,但是座標原點位置不一致,大小不一致,則設計伸縮變換及平移變換;影象座標系的原點為相機光軸與成像平面的交點,通常情況下是成像平面的中點或者叫principal point。影象座標系的單位是mm,屬於物理單位;而畫素座標系的單位是pixel,我們平常描述乙個畫素點都是幾行幾列。

所以這二者之間的轉換如下:其中 dx 和 dy 表示每一列和每一行分別代表多少mm,即  1pixel = dx mm, 則變換到畫素座標系,如下圖所示:

以上四個座標系的轉換就可以得到乙個點從世界座標系畫素座標系的 轉換公式:

注意:  f_x = f/dx;     f_y = f/dy

解釋:其中內參我們可以標定,獲得資料即可;而在vins系統中,這個外參就是我們要求的變數

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世界座標系 相機座標系 影象座標系 畫素座標系之間的轉換公式參考 世界座標系 相機座標系 影象座標系 畫素座標系之間的轉換 其中影象座標到世界座標的轉化公式作者講解的也比較清楚,但是對於zc的值,作者並沒有給出進一步講解 上述公式可以簡寫為 進一步 其中 r,k,t均為已知值。將上述等式中的變數做以...