雙目視覺的成像理論

發(fā)布時(shí)間：2022-09-12 14:07:13     作者：顯揚(yáng)科技

雙目視覺是機(jī)器視覺的一種重要形式，通過模擬人類雙眼感知外界物體的位置信息,，輸送給大腦并分析出該物體在空間中的位置過程,，雙目視覺是利用電腦設(shè)備被動(dòng)感知物體空間信息。雙目視覺系統(tǒng)相對于單目視覺的優(yōu)點(diǎn)主要是它存在視差,，可以利用該視差來恢復(fù)物體的深度信息,。它的核心是從至少兩個(gè)及以上的觀測點(diǎn)拍攝物體，得到同時(shí)包含物體的左右兩幅圖像,，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型之間坐標(biāo)系相互關(guān)系,，求解物體的空間幾何位置。
 

攝像機(jī)的成像模型

為了處理三維圖像和二維圖像之間的映射關(guān)系,，需要在映射中加入攝像機(jī)產(chǎn)生圖像過程的投影特性,。針孔攝像機(jī)模型是圖像處理人員常用的模型之一。該模型簡單易懂,，能滿足日常的開發(fā)需求,。

該模型成立的必要條件是光線沿直線傳播，由P點(diǎn)光源發(fā)出的光線經(jīng)過光心后將會(huì)在另一面呈現(xiàn)出倒立點(diǎn)p,，其中f為焦距,，S為光源與光心間的距離。根據(jù)三角形相似關(guān)系,，即可求解相應(yīng)參數(shù),，這就是小孔成像的原理。而攝像機(jī)一般是由多組透鏡構(gòu)成,，但基本原理與之相同,。該模型確定了現(xiàn)實(shí)世界中目標(biāo)物體的三維圖像與投影平面上的二維圖像之間的映射關(guān)系，是后續(xù)三維信息恢復(fù)與重構(gòu)的基礎(chǔ),。

小孔成像原理

攝像機(jī)成像的線性模型

線性模型是基于理想情況下的映射關(guān)系,，在雙目立體視覺中，主要根據(jù)四個(gè)坐標(biāo)系建立空間點(diǎn)與圖像點(diǎn)之間的映射關(guān)系，即圖像像素坐標(biāo)系,、圖像物理坐標(biāo)系,、攝像機(jī)坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系,。各坐標(biāo)系的關(guān)系如圖1所示,。

對于任何物體的衡量都是相對的，都需要選擇一個(gè)基準(zhǔn),，因此建立世界坐標(biāo)系（O_W-X_WY_WZ_W）來衡量空間中攝像機(jī)和目標(biāo)物體的空間位置是不可或缺的,。因?yàn)槭澜缱鴺?biāo)系是變化的，故想要直接確定圖像平面與世界坐標(biāo)系之間的相對位姿關(guān)系是困難的,。

提前做個(gè)假設(shè)：假設(shè)攝像機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不會(huì)因?yàn)橥獠凯h(huán)境的變化而變化,，如此小孔成像模型的透視投影中心就是確定不變的，換言之,，其相對于成像平面的位置是可以被確定的,。以光心為基準(zhǔn)建立攝像機(jī)坐標(biāo)系O_C-X_CY_CZ_C，如下圖所示,。ZC軸為指向攝像機(jī)視線方向,，與攝像機(jī)的光軸重合，X_C,、Y_C軸分別平行于圖像平面的橫向,、縱向。光軸與圖像平面的交點(diǎn)記為o,，稱為圖像平面的主點(diǎn),。