文章目錄
- 相機內參
- 相機外參
相機的內外參是相機標定過程中確定的重要參數,用于建立圖像像素坐標與實際世界坐標之間的關系。
相機內參
- 定義:相機內參是描述相機內部光學和幾何特性的參數,主要包括焦距、主點坐標、像素尺度因子以及畸變系數等。這些參數不隨相機的外部位置和姿態變化而改變,只與相機本身的硬件特性和成像原理有關。
- 具體參數解釋
- 焦距:在針孔相機模型中,焦距是從針孔(相機光心)到成像平面的距離。在實際相機中,它決定了相機的視角和成像大小。焦距越長,視角越窄,物體在圖像中成像越大;焦距越短,視角越寬,物體成像越小。通常用 (f_x) 和 (f_y) 分別表示在圖像水平和垂直方向上的焦距,單位為像素。
- 主點坐標:主點是相機光軸與成像平面的交點,通常位于圖像的中心位置,但由于相機制造工藝等原因,主點可能會偏離圖像中心。主點坐標 ((c_x, c_y)) 表示主點在圖像坐標系中的位置,單位為像素。
- 像素尺度因子:由于圖像傳感器上的像素在水平和垂直方向上的尺寸可能不同,需要引入像素尺度因子來將圖像坐標從像素單位轉換為實際的物理單位(如毫米)。但在很多情況下,如果不涉及與實際物理尺寸的精確換算,像素尺度因子常被忽略或假設為1。
- 畸變系數:實際相機的成像過程會產生畸變,主要包括徑向畸變和切向畸變。徑向畸變是由于鏡頭的光學中心與成像平面不嚴格垂直或鏡頭的徑向折射率不均勻等原因引起的,使得圖像中的點沿著徑向方向偏離其理想位置,通常用 (k_1)、(k_2)、(k_3) 等參數來表示。切向畸變是由于鏡頭安裝不精確或成像平面與鏡頭不平行等原因引起的,使得圖像中的點在切線方向上產生位移,一般用 (p_1)、(p_2) 等參數來描述。
相機外參
- 定義:相機外參用于描述相機在世界坐標系中的位置和姿態,即相機相對于世界坐標系的平移和旋轉關系。它由旋轉矩陣和平移向量組成,通過相機外參,可以將世界坐標中的點轉換為相機坐標中的點。
- 具體參數解釋
- 旋轉矩陣:旋轉矩陣 (R) 是一個 (3\times3) 的正交矩陣,用于描述相機坐標系相對于世界坐標系的旋轉關系。它由三個旋轉角度組成,通常按照一定的順序(如繞Z軸、Y軸、X軸旋轉)進行組合。旋轉矩陣的每一列都是單位向量,且兩兩正交,滿足 (R^TR = I)((I) 為單位矩陣)。通過旋轉矩陣,可以將世界坐標中的點繞原點旋轉到相機坐標系中。
- 平移向量:平移向量 (t) 是一個 (3\times1) 的向量,用于描述相機坐標系原點在世界坐標系中的位置。它表示相機在世界坐標系中的平移量,即從世界坐標系原點到相機坐標系原點的向量。將世界坐標中的點通過旋轉矩陣旋轉后,再加上平移向量,就可以得到該點在相機坐標系中的坐標。
相機的內外參共同作用,將實際世界中的三維坐標點與圖像中的二維像素點建立起了對應關系,從而實現了從真實世界到圖像空間的投影轉換,這是計算機視覺中許多任務(如三維重建、目標定位、長度測量等)的基礎。