P4P问题的五个解与控制点的对称位置
1. 引言
透视4点问题(Perspective-4-Point, P4P)是计算机视觉中的一个经典问题,旨在已知四个非共面点的世界坐标及其对应的图像坐标,求解相机的姿态(位置和方向)。在实际应用中,P4P问题广泛应用于机器人导航、增强现实、3D重建等领域。本篇文章将深入探讨当控制点(即世界坐标系中的点或图像平面上的投影点)处于对称位置时,P4P问题的解的存在性、唯一性以及具体计算方法。
2. P4P问题的背景与定义
2.1 P4P问题的基本概念
P4P问题的核心在于利用已知的四个非共面点的世界坐标 ( \mathbf{P}_i = (X_i, Y_i, Z_i)^T ) 和其对应的图像坐标 ( \mathbf{p}_i = (u_i, v_i)^T ),通过透视投影模型求解相机的外参(旋转矩阵 ( \mathbf{R} ) 和平移向量 ( \mathbf{T} ))。透视投影模型可以用以下方程表示:
[
\begin{pmatrix}
u_i \
v_i \
1
\end{pmatrix} =
\lambda_i
\mathbf{K}
\begin{pmatrix}
\mathbf{R} & \mathbf{T}
\end{pmatrix}
\begin{pmatrix}
X_i \
Y_i \
Z_i \
1
\end{pmatrix}
]
其中,( \mathbf{K} ) 是相机内参矩阵,(