二維成像與三維重建 系列 1 如何設計乙個相機

2022-03-21 13:06:30 字數 2664 閱讀 5653

小孔成像透鏡成像日期:24/03/020

"光學的朋友請輕捶,因為這不是寫給你們的,本系列均是寫給計算機視覺、遙感等影象處理領域的初學者的。"

我正好記錄下了李二的思考過程,請各位看官細細看來!
李二的第一次嘗試無鏡頭成像

無鏡頭成像的光線射入成像感測器示意圖

平面鏡成像與鏡面反射特性

李二的第二次嘗試

過了幾天,我再次見到了李二,他說經過了幾天的琢磨,我想到了乙個成像的好辦法。我一想,正好最近閒來無事,不妨聽聽看。

小孔成像與光線穿過小孔示意圖

不同光圈大小拍攝出來的影象

李二的第三次嘗試我再次見到李二,已經是乙個多月以後了,他有點顏色憔悴,形容枯槁,頭髮都打綹子了,可是眼裡冒著精光。

凸透鏡與單點成像光路示意圖

平行線經凸透鏡匯聚於一點

平行主軸的入射的光線會折射至另一側的焦點上;

對薄透鏡而言,通過鏡心的光線,幾可看成是一條沒有折射的光線;

通過同側焦點的光線,經透鏡折射後,會在另一側成為一平行主軸光線;

沿鏡心的光線,沒有折射的現象;

凸透鏡的光路性質與四條較為特殊的光線

。最終有了乙個結論:當物距在無窮遠和兩倍焦距之間時,像距在焦距和兩倍焦距之間,成倒立縮小的實像,這正好用於相機成像。 當三者之間的位置關係為其他情況時,不適合相機成像,但是有其他用途(各位看官請參考這一部落格點選我)。

成像之像距,物距,焦距之間的關係

實際情況下平行光經過凸透鏡並非匯聚於一點

由上圖發現,在實際中,有非常多光線和中軸線交匯的點,其實這些都是焦點,只不過對於特定的某根光線

有其特定的焦點,對應特定的焦平面。

鏡頭上增加乙個光圈來控制近軸光線範圍

大光圈會減少景深,適合突出人像的人物照,**時間要求相對短

光圈大小與景深的關係

景深的示意圖:一般光圈越小,景深越大,清晰成像範圍越大

聽到這,李二終於把志得意滿的我打斷了,於是問我說,你把你看到的讓我看看不得了?(諸位看官若是想看,請點選,並轉至李恆大神的回答)

,也就有 像距 = 焦距。 而且無窮遠並非真的無窮遠,一般10倍以上就是足夠遠了,認為這個公式成立。

假如有一點真有某種方式使得透鏡成像變為理想情況了,這個對於以後成像幾何模型建模還是非常有意義的!!!

李二的第四次嘗試

已經一年多沒有見到李二了,不知他在忙什麼,這次我主動過去湊湊熱鬧,看看有什麼進展。
單個透鏡成像產生多型別像差

(各位看官如想看看每種像差的示意圖,請點選,也可以參考史丹福大學的cs131課程)

透鏡組與實際相機鏡頭

(具體的各種像差是如何消除的,fall out of this article,各位看官如有興趣,請自行查閱幾何光學內容)

我準備給自己挖個坑,根據自己的理解,總結一下二維成像與三維重建。這個系列的文章主要面向『小白』人員,主要介紹(1)二維影象成像原理;(2)三維點雲重建原理。限於自身知識水平,非常高階的內容咱也講不了。各位看官權當圖個樂,但是李二真誠地希望看完文章,回想一下,各位看官是有些收穫的。

宣告一下,本人並非`計算機視覺`從業人員,而是乙個`植被遙感`的研究僧,所以很多內容理解比較粗淺,望光學大佬和計算機視覺大佬們批評指正。

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