摄像机标定与绝对二次曲线的图像
结论1: 摄像机标定矩阵KKK是xxx与在摄像机的欧氏坐标系下测量的射线方向d=K−1xd = K^{-1}xd=K−1x之间的一个{仿射)变换。
结论2: 一条图像直线lll确定一张过摄像机中心的平面, 在摄像机的欧氏坐标系下,该平面的法线方向为n=KTln= K^Tln=KTl。
绝对二次曲线的图像
π∞\pi_\inftyπ∞与图像平面之间的映射图平面单应x=Hdx=Hdx=Hd 给出,其中:
H=KRH=KRH=KR
结论3: 绝对二次曲线的图像(简称IAC) 是二次曲线ω=(KKT)−1=K−TK−1\omega =(KK^T)^{-1}=K^{-T}K^{-1}ω=(KKT)−1=K−TK−1
- 绝对二次曲线的对偶图像(简称DIAC) 为ω∗=ω−1=KKT\omega ^*=\omega^{-1}=KK^Tω∗=ω−1=KKT
简单的标定
装置有三个正方形(它们所在平面是不平行的,但也不必正交)的图像提供计算KKK的足够约束。
- 对每个正方形,计算把它的角点(0,0)T(0,0)^T(0,0)T、(1,0)T(1,0)^T(1,0)T、(0,1)T(0,1)^T(0,1)T、(1,1)T(1,1)^T(1,1)T映射到相应的图像点的单应HHH。
- 计算该正方形所在平面虚圆点的图像,即H(1,±i,0)TH(1,\pm i,0)^TH(1,±i,0)T。
- 由这六个虚圆点的图像拟合出一条二次曲线ω\omegaω。
- 用Cholesky 分解由ω=(KKT)−1\omega=(KK^T)^{-1}ω=(KKT)−1计算标定KKK 。
图像中的正变性
- 如果图像点关于ω\omegaω共轭,即如果x1Tωx2=0x_1^T \omega x_2=0x1Tωx2=0,那么这两个图像点对应于正交的方向。
- 假定直线lll反向投影到法线方向为nnn的平面π\piπ,那么法线的影像为点KnKnKn, 而且直线lll是该点的极线, 因此l=ωKn=(KKT)−1Kn=K−Tnl=\omega Kn=(KK^T)^{-1}Kn=K^{-T}nl=ωKn=(KKT)−1Kn=K−Tn。简言之,π\piπ的法线是n=KTln=K^Tln=KTl。
标定二次曲线
绝对二次曲线的图像(IAC)是图像中一条虚二次曲线。为了可视化的目的,考虑与摄像机标定紧密相关的另外一种曲线,这样的二次曲线称为标定二次曲线,它是一个顶角为45∘45^{\circ}45∘而轴为摄像机主轴的圆锥面的图像。该圆锥面的点映射为二次曲线:
C=K−T(11−1)K−1C=K^{-T}\begin{pmatrix}
1 & & \\
& 1 & \\
& & -1
\end{pmatrix}K^{-1}C=K−T⎝⎛11−1⎠⎞K−1
正交性和标定二次曲线
结论4: 如果图像平面上的一条直线对应于垂直于图像点xxx的射线的一个平面, 那么,这条直线是xxx关于标定二次曲线的反射点x˙\dot{x}x˙的极线Cx˙C\dot{x}Cx˙。