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相机标定之(2)相机模型中的四个坐标系以及相机标定的原理总结

2018年02月11日 ⁄ 综合 ⁄ 共 1530字 ⁄ 字号 评论关闭

 1. 相机模型中的四个平面坐标系:

  (1)图像像素坐标系(u,v

      以像素为单位,是以图像的左上方为原点的图像坐标系

  (2)图像物理坐标系(也叫像平面坐标系)(x,y)

      以毫米为单位,用物理单位表示图像像素位置,定义坐标系OXY,原点O定义在相机与图像平面交点;

  (3)相机坐标系(Xc,Yc,Zc)

      以毫米为单位,以相机的光心作为原点,Zc轴与光轴重合,并垂直于成像平面,且取摄影方向为正方向,XcYc
      与图像物理坐标系的
x,y轴平行,且OcO为摄像机的焦距f

  (4)世界坐标系(Xw,Yw,Zw)

     根据具体情况而定,该坐标系描述环境中任何物体的位置,根据具体情况而定,满足右手法则

      关于这几个坐标系解释很多,但是表示到完整的坐标系上的话都是一个东西,不必纠结,当然我纠结了好久                ········如图:

   

2.相机的内外参数

   标定的主要目的就是求解相机参数。内容如下:

   摄像机的内参数:摄像机内参数矩阵(fx,fy,u0,v0)和畸变系数(三个径向k1,k2,k3,两个切向p1,p2)

   摄像机的外参数:   旋转向量(大小为1×3的矢量或旋转矩阵3×3)和平移向量(Tx,Ty,Tz)。

3.常用坐标系之间的转换

3.1 像素坐标与像平面坐标系之间的转换

      由上述相机坐标模型可以得到如下关系:


(1)

       上述公式中我们假设物理坐标系中的单位为毫米,那么dx的的单位为:毫米/像素。那么x/dx的单位就是像素了,即和u的单位一样都是像素u,v0是图像中心(光轴与图像平面的交点)坐标,dx
,
dy分别为一个像素在X
与Y 方向上的物理尺寸.上式表示为齐次坐标与矩阵形式表示出来即为:

 

(2)

 其逆关系可表示为:

 

(3)

3.2 相机坐标系与像平面坐标系的转换关系
    针孔模型下的理想透视投影变换,有下式成立:

(4)
表示为矩阵形式为:
 
(5)
    f表示有效焦距

3.3 相机坐标系与世界坐标系之间的转换关系
     从相机坐标系到世界坐标系的变换,是通过旋转矩阵R和平移矩阵t完成的,关系式如下:
     
(6)
     式中,R为3*3矩阵,T为3*1矩阵,0为(0,0,0),旋转矩阵R是坐标轴依次绕x,y和z轴旋转角度ψ,φ和θ,所形成的三个矩阵Rx(ψ),Ry(φ),Rz(θ)的总乘积,如下:
     
(7)
则矩阵R的计算公式为:

(8)
3.4 世界坐标系与图像像素坐标系之间的变换关系

由(2)、(5)、(6)两式可以得到如下关系:

(9)
M1称为相机的内参数,M2称为外参数。
4.相机标定原理


 
参考链接:

http://blog.csdn.net/lixianjun913/article/details/10032019
http://wenku.baidu.com/link?url=aDSctoHz9vPrx7brEqwjvVRdqaMSCzAmryq4KfQwCP_nl8LwxMswNmhJx-mDHZDdtTO2TnAaA5JG-31f4_cLkpIJi-eMsQ 4jgOyn exFe9 cG

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