1.针孔模型
一般而言,我们通过小孔成像来描述相机的成像原理,对其进行数学建模,如下图所示。
其中O-x-y-z为相机坐标系,O’-x’-y’-z’为成像平面物理坐标系,o-u-v为像素坐标系,通过此几何模型,我们可以得到:Z/f=-X/X’=-Y/Y’,其中负号表示这个在成像平面上所形成的像是倒的,我们可以对该模型进行一定的处理,将负号去掉,得到以下模型:
以上分别为真实成像平面、对称成像平面、归一化成像平面。其中像素坐标系的定义为:原点定义在左上角上,u轴与x轴平行,v轴与y轴平行。像素坐标系与成像坐标系相差了一个缩放和原点的平移。设在u轴缩放了αα
倍,在 v 轴缩放了ββ 倍,原点平移了[cx,cy]T[cx,cy]T,则成像平面上的点P’与像素坐标的关系为:
{ u=αX′+cxv=βY′+cy{ u=αX′+cxv=βY′+cy
将像素平面与摄像机坐标系上的点P(X,Y,Z)P(X,Y,Z)联系起来,在这里,我们设fx=αffx=αf ( ff 表示焦距),