相机坐标系通过内参矩阵转换到像素坐标系

文章讲述了在图像处理中,如何将相机坐标系(Xc,Yc,Zc)中的点通过相机内参矩阵转换到像素坐标系(u,v)的过程,强调了这一转换在计算机视觉和图像理解中的重要性。
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1. Camera坐标系->Pixel坐标系

xoy为相机坐标系,uv为像素坐标系。

Xc,Yc,Zc为为相机坐标系的点,u,v为像素坐标系的点。其关系为:

即:相机坐标系的点通过相机内参矩阵得到像素坐标系中对应的点

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### 使用相机内参矩阵像素坐标计算相机坐标的公式和方法 #### 像素坐标到图像物理坐标系转换 假设有一个给定的像素坐标 $(u, v)$,要将其转换为图像物理坐标系下的坐标 $(x_d, y_d)$。这一步骤涉及到了解像元尺寸的影响: \[ x_d = (u - c_x) / f_x \] \[ y_d = (v - c_y) / f_y \] 其中 $c_x$ 和 $c_y$ 是主点偏移量,通常对应于图像中心位置;而 $f_x$ 和 $f_y$ 则代表焦距,在不同方向上的值可能有所不同[^1]。 #### 图像物理坐标系相机坐标系的逆变换 对于已经获得的图像物理坐标 $(x_d, y_d)$,如果想要进一步得到对应的相机坐标系中的三维坐标,则需要利用已知的距离信息(例如通过双目视觉获取深度z)。此时可以按照如下方式构建齐次形式并求得最终结果: 设距离为 z ,则有: \[ X_c = z * x_d \\ Y_c = z * y_d \\ Z_c = z \] 这里 $(X_c,Y_c,Z_c)^T$ 即为目标点在相机坐标系内的表达[^2]。 因此完整的流程是从像素坐标出发经过上述两步操作来实现向相机坐标系的映射。值得注意的是,此过程依赖于准确估计目标物体离摄像头的实际距离。 ```python def pixel_to_camera(u, v, depth, fx, fy, cx, cy): """ Convert a single point from image coordinates to camera frame. Parameters: u : float Image coordinate along the horizontal axis. v : float Image coordinate along the vertical axis. depth : float Depth value at this location. fx,fy : floats Focal lengths of the camera in pixels. cx,cy : floats Principal point offsets. Returns: tuple[float,float,float]: The corresponding 3D position within the camera's reference system. """ xd = (u - cx) / fx yd = (v - cy) / fy Xc = depth * xd Yc = depth * yd Zc = depth return (Xc, Yc, Zc) ```
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