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10分鐘速成-小白學相機模型:4種座標系

有讀者不瞭解齊次座標系的,請移駕於此齊次座標系

本文轉載自SLAM入門之視覺里程計(2):相機模型(內參數,外引數)
該文章將四種座標系的由來,用處描述的非常清楚,博主受用匪淺,但是好像直接轉載出了點問題,明明選中了div貼上到CSDN後只能顯示一部分,所以直接貼出連結。

下面,說說博主看了文章之後的感想,並梳理一下脈絡。
(注:所有圖片也來自於上述連結)

首先,相機模型的重中之重是描述畫素座標,影象座標,相機座標,世界座標之間的變換關係。

由小孔成像模型引入,這裡有影象座標系和相機座標系。其中,相機座標系以相機中心為原點(三維座標,其中點的描述為PC=(X,Y,Z)),影象座標系以成像平面中心O’為原點(二維座標,其中點的描述為p=(x,y))。
在這裡插入圖片描述

由於描述影象的習慣或者說是行規吧,都是以影象的左上角為原點,x軸水平向右延伸,y軸垂直向下延伸,所以要將影象座標轉換到畫素座標,這就出現了畫素座標系。這個轉換中牽涉到平移和縮放。

看起來上述已經完美了,但是,有一個嚴重的問題:相機座標系並不是一個“穩定”的座標系,其會隨著相機的移動而改變座標的原點和各個座標軸的方向,用該座標系下座標進行計算,顯然不是一個明智的選擇。需要引進一個穩定不變座標系:世界座標系,該座標系是絕對不變,SLAM中的視覺里程計就是求解相機在世界座標系下的運動軌跡。

設PC是P在相機座標系座標,PW是其在世界座標系下的座標,可以使用一個旋轉矩陣R和一個平移向量t,將PC

變換為PW
PC=RPW+t

至此,四個座標系的由來及用處已經描述完了,具體推導詳見上面引用的部落格。
下面直接貼出結論公式:
在這裡插入圖片描述
其中,fx = af ; fy = bf
f是焦距,a,b分別是影象座標轉畫素座標時在水平軸x和豎直軸y的縮放倍數。
R,t是相機座標轉世界座標是的旋轉矩陣和平移向量