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照相机成像原理图简单,照相机光学成像原理

张世龙 05-13 07:50 81次浏览

百度2019年暑期实习生面试的一个大问题是相机拍摄原理、相机内参矩阵和外参矩阵,以及描述相机拍摄会产生哪些失真和扭曲的矫正方法。

参考资料:https://blog.csdn.net/liuqing long 110/article/details/42076895

33558 www.CSE.PSU.edu/~ RTC 12/CSE 486/lecture 12.pdf

33558 www.CSE.PSU.edu/~ RTC 12/CSE 486/lecture 13.pdf

按照以下所示的PPT进行详细说明。 照相机的拍摄原理包含4个坐标系的变换,分别如下。

摄像机图像模型中的4个坐标系维度dimension意味着世界坐标系(world coordinate ) 3D,) u,v,w世界坐标系可以由用户任意给出,在现实的3D物理世界中,赋予某坐标系以物理世界中的3D点世界坐标系通常围绕感兴趣的物体object创建)意味着感兴趣的物体不同,创建的世界坐标系的位置也不同。 (“摄影机坐标系”(camera coordinate ) 3D,) x,y,z摄影机坐标系由摄影机的位置唯一确定,摄影机的光轴和质心确定后,摄影机坐标系的三个轴提供。 这是因为,实际物理世界中点的照相机坐标系下的坐标成像坐标系/受光元件坐标系(film coordinate ),x, y )用于记述成像坐标系由照相机的成像平面唯一决定,将照相机坐标系中的点(3D )投影到受光元件上进行成像而得到的2D坐标点像素坐标系(pixel coordinate ), 的v )存在进行图像处理算法时使用的图像的2D像素坐标系,在将世界坐标系中的3D真点转换为进行通常的图像处理时使用的以像素为单位的2D图像方面,通常的前向投影过程如下。

(1)通过包含旋转矩阵r和平移矩阵t的外参矩阵将世界坐标系的点变换为照相机坐标系。

)2)摄像机内参数f :通过摄像机焦距(成像平面到光中心的距离,在摄像机主轴上计算)参数,将摄像机坐标系中的点转换到成像坐标系上。

)3)相机内参数Ox、Oy )平行移动、从成像坐标系的中心点平行移动到像素坐标系的中心点)和Sx、Sy )对由成像平面/受光元件成像的图像进行采样,表示x轴方向和y轴方向的采样率),将成像坐标系作为图像像素

一、从世界坐标系到照相机坐标系(照相机外参r和t ) )。

那么平移矩阵和旋转矩阵的数值是如何确定的呢? 首先假设世界坐标系的原点和照相机坐标系的原点平移到同一个点,然后只考虑旋转变换。 假设世界坐标系中点的坐标为[ 1,0,0 ],相机坐标系中点的坐标为[a,b,c],则旋转矩阵的第一列表示将世界坐标系中坐标为[ 1,0,0 ]的点投影到相机坐标系上的坐标。 同样,旋转矩阵的第二列表示世界坐标系中的坐标为[ 0,1,0 ]

因为从世界坐标系点到摄像机坐标系的变换是刚体变换,所以旋转矩阵必须是正交矩阵,是对称矩阵(置换后等于原始矩阵)。 由于此变换发生在摄影机外部,因此使用的旋转矩阵和变换矩阵参数属于摄影机外部参数。

tx=-r(11 ) c ) x )-r ) 12 ) c ) y )-r ) 13 ) c ) z )

二、从摄像机坐标系到摄影坐标系(摄像机内参f ) ) ) ) ) )。

从相机坐标系3D到成像坐标系2D使用透视的变化(利用相似的三角形原理)。 请注意,图中所示的成像平面本身应该位于光中心o左侧的f位置) (是正确的孔的成像原理)。 但是,为了简单起见,这里是直接对称的。

三、从图像坐标系到像素坐标系(照相机内参照Ox、Oy、Sx、Sy ) ) ) ) ) ) ) )。

四.相机成像原理总结

五.摄像机拍摄过程中可能出现的失真

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