相机模型的学习

相机模型

1 理论学习

我通过阅读《视觉SLAM十四讲》一书学习相机模型的相关知识。该书将相机模型分为四个模型。

针孔成像模型

PPP[X,Y,Z]T[X,Y,Z]^T[X,Y,Z]TP′P'P[X′,Y′,Z′]T[X',Y',Z']^T[X,Y,Z]TZ/f=−X/X′=−Y/Y′Z/f=-X/X'=-Y/Y'Z/f=X/X=Y/Y

设在成像平面固定者一个像素平面o−u−vo-u-vouv,在像素平面得到PPP点的坐标[u,v]T[u,v]^T[u,v]T

原点O′O'O位于左上角,uuu轴向右与xxx轴平行,vvv轴向下与yyy轴平行。则像素坐标系和成像平面之间,相差了一个缩放和一个原点的平移。

然后我们可以得出:

Z(uv1)=(fX0cx0fycy001)(XYZ) Z\begin{pmatrix}u \\v \\1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix} f_X& 0 &c_x \\ 0 & f_y &c_y \\ 0 & 0 &1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}X \\ Y\\Z\end{pmatrix} Zuv1=fX000fy0cxcy1XYZ

除以ZZZ,发现深度丢失,单目相机并不能够得到深度信息。其中这个3*3的矩阵即是内参矩阵,也是相机标定过程中需要的部分。

畸变模型

为了增大视野等原因,使用透镜;由于透镜的使用出现了畸变。

径向畸变:桶形(看起来突出,大于原图像);枕形(看起来凹陷,小于原图像)。

径向的含义:在极坐标系中来看,角度 θ\thetaθ 不变,由于透镜的存在距离 ρ\rhoρ 变化导致的畸变。

切向畸变:由于成像位置与透镜无法严格保证平行所导致的。水平夹角的变化。

双目相机(不用,故略写)

利用视差进行计算,但视差的计算比较困难,计算机难以知道。

计算方式:左眼中某个像素出现在右眼中某个位置。通常在图像纹理的变化比较丰富的地方来判断。涉及到纹理,算力要求很高。

RGB-D相机模型(不用,故略写)

“主动测量每个像素的深度”,常见原理有”红外结构光“与”飞行时间ToF(使用脉冲光)“。

该方法若有多个RGB-D摄像头会互相干扰,不适用于这项赛事。

2 实践:标定操作

(待更新)

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