淺談世界坐標系,相機坐標系,圖像坐標系,像素坐標系的關系


一、背景分析:  

      充分理解不同坐標系,以及它們之間的轉換關系對於研究3D幾何視圖以及VSLAM是非常有必要的。

二、各坐標系間相互關系:

1、世界坐標系到相機坐標系

轉換關系主要是外參:R,T 

R、T與攝像機無關,所以稱這兩個參數為攝像機的外參數(extrinsic parameter),可以理解為兩個坐標原點之間的距離,因其受x,y,z三個方向上的分量共同控制,所以其具有三個自由度。

         R則為分別繞XYZ三軸旋轉的效果之和。如下面所示:


 R=r1*r2*r3.其由三個方向的θ控制,故具有三個自由度。

[Xc,Yc,Zc]T表示相機坐標,[Xw,Yw,Zw,1]T表示歸物體所在的世界坐標。R表示旋轉矩陣,T表示平移矩陣。

2、相機坐標系到圖像坐標系

轉換關系是內參:f

從相機坐標系到圖像坐標系,屬於透視投影,也即是從3D轉換到2D。此時投影點p的單位還是mm,並不是pixel,需要進一步轉換到像素坐標系

f表示焦距,[Xc,Yc,Zc]T表示相機坐標。[x,y,1]T表示歸一化后的圖像物理坐標

 3、圖像坐標系到像素坐標系

       像素坐標系和圖像坐標系都在成像平面上,只是各自的原點和度量單位不一樣。圖像坐標系的原點通常情況下是成像平面的中點,單位是mm,屬於物理單位。而像素坐標系的單位是pixel,我們平常描述一個像素點都是幾行幾列。所以這二者之間的轉換如下:其中dx和dy表示每一列和每一行分別代表多少mm,即1pixel=dx mm

 

三、總轉換關系

所以,最后從世界坐標系到像素坐標系的轉換公式為:

 


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