標定相機參數(原理介紹)

一,標定相機參數的原理spa

1.攝像機標定(Camera calibration)簡單來講是從世界座標系換到圖像座標系的過程,也就是求最終的投影矩陣 PP 的過程,主要涉及三個基本座標系,分別是:.net

世界座標系(world coordinate system):也稱爲測量座標系,是一個三維直角座標系,以其爲基準能夠描述相機和待測物體的空間位置。世界座標系的位置能夠根據實際狀況自由肯定。
相機座標系(camera coordinate system):也是一個三維直角座標系,原點位於鏡頭光心處,x、y軸分別與相面的兩邊平行,z軸爲鏡頭光軸,與像平面垂直。
圖像座標系(image coordinate system):3d


2.通常來講,標定的過程分爲兩個部分:blog

第一步是從世界座標系轉換爲相機座標系,這一步是三維點到三維點的轉換,包括 RR,tt (相機外參)等參數;
第二部是從相機座標系轉爲圖像座標系,這一步是三維點到二維點的轉換,包括 KK(相機內參)等參數;

圖片

3.相機座標系 轉換到 圖像座標系ip

座標系介紹ci

 


如上圖所示(圖片來自UIUC計算機視覺課件),是一個小孔成像的模型,其中:io

CC 點表示camera centre,即相機的中心點,也是相機座標系的中心點;
ZZ 軸表示principal axis,即相機的主軸;
pp 點所在的平面表示image plane,即相機的像平面,也就是圖片座標系所在的二維平面;
pp 點表示principal point,即主點,主軸與像平面相交的點;
CC 點到 pp 點的距離,也就是右邊圖中的 ff 表示focal length,即相機的焦距;
像平面上的 xx 和 yy 座標軸是與相機座標系上的 XX 和 YY 座標軸互相平行的;
相機座標系是以 XX, YY, ZZ(大寫)三個軸組成的且原點在 CC 點,度量值爲米(m);
像平面座標系是以 xx,yy(小寫)兩個軸組成的且原點在 pp 點,度量值爲米(m);
圖像座標系通常指圖片相對座標系,在這裏能夠認爲和像平面座標系在一個平面上,不過原點是在圖片的角上,並且度量值爲像素的個數(pixel);class

4.世界座標系轉化到像素座標系原理

其中,αx=f/dXαx=f/dX、αy=f/dYαy=f/dY,稱爲uu、vv軸的尺度因子,M1M1稱爲相機的內部參數矩陣,M2M2稱爲相機的外部參數矩陣,MM稱爲投影矩陣。

二,相機內參與畸變參數

1.畸變參數(distortion parameters):在幾何光學和陰極射線管顯示中,畸變是對直線投影的一種偏移。簡單來講直線投影是場景內的一條直線投影到圖片上也保持爲一條直線。那畸變簡單來講就是一條直線投影到圖片上不能保持爲一條直線了,這是一種光學畸變。畸變通常能夠分爲兩大類,包括徑向畸變和切向畸變。主要的通常徑向畸變有時也會有輕微的切向畸變

2.畸變通常能夠分爲:徑向畸變(來自於透鏡形狀); 切向畸變(來自於整個攝像機的組裝過程)

 

三,OpenCV 中的畸變模型

1.徑向畸變模型:

 

2.切向畸變模型:

3.理想座標(x,y)(x′,y′)與真實座標(x,y)(x,y):

 

即:

 

 

本文原理部分參考連接:https://blog.csdn.net/lql0716/article/details/71973318?locationNum=8&fps=1%EF%BC%89

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