先选世界点,再分别展开内参 K 和外参 [R,t] 调整。主视觉会自动强调最近参数影响的成像环节。
当知道一个物体在真实世界中的三维坐标时,要算出它会出现在照片上的哪个像素位置,必须同时考虑相机放在哪里、朝向哪里,以及镜头和传感器如何把光线变成像素。
常用的处理办法是把成像拆成几步:先用外参把世界坐标转到相机坐标,再用透视投影把三维点映射到归一化平面,最后用内参把无单位坐标转成像素坐标。焦距决定放大倍数,主点决定光轴落在图像中的位置,像素尺度负责单位换算。
拖动三维点或旋转相机姿态,观察世界坐标、相机坐标、归一化平面坐标和像素坐标四列数值如何联动;尝试只改外参、只改焦距或只改主点,看看哪一段变化对应图像上的平移,哪一段对应缩放。
单目摄像机模型包含正向投影和反向标定两个视角。正向看,已知内参 K 和外参 [R,t],可以把世界点投影到像素点 (教学简化:把图像坐标 (x,y) 到像素坐标 (u,v) 的中间步骤合并进 K 矩阵); 反向看,摄像机标定就是用许多已知点对反求 K,以及每张照片对应的 [R,t]。
第一步是刚体变换:。它说明当前世界点在这台摄像机坐标系下的位置,这一段就是的作用范围。
针孔模型的关键动作是。这一步把点落到上,也解释了“远处物体成像更小”。
矩阵把归一化坐标变成图像数组中的。其中由 u0、v0 表示。
先按成像顺序理解正向模型,再用棋盘角点的世界坐标和图像坐标反求公式中的 K 与每张图的 [R,t]。
世界点高度 Zw 会先经旋转矩阵 R 同时影响 Xc、Yc、Zc 三个分量,再经平移 t 得到最终摄像机坐标,最后通过透视除法改变归一化平面坐标。
α、β、γ、u0、v0 描述摄像机成像几何和像素坐标系。K 把图像坐标 (x,y) 映射到像素坐标 (u,v), 其中 α=f/dx、β=f/dy 同时体现了焦距与像素物理尺寸。换一个拍摄角度,它们通常不变。
R、t 描述当前这一张照片中,摄像机和世界坐标系之间的相对姿态。换一张标定图,它们会变。
保持 Xc 不变时,Zc 越大,越接近 0,投影点越靠近主点。
投影方程中的未知量需要由观测数据来约束:必须获得许多组已知的和检测到的,才能反求 K 和每张图的 [R,t]。
以下为一组常见量级的内参与某张标定图的外参,仅用于建立数值直觉。