Модели камер и калибровка

Модели камер описывают, как точки в 3D-мире проецируются на изображение, а калибровка оценивает параметры этой проекции для реальной камеры.

Definition

Модель камеры — это математическое отображение 3D-точек сцены в 2D-точки изображения, а калибровка — это оценка внутренних и внешних параметров модели для конкретной камеры.

Scope

Эта тема охватывает модель камеры-обскуры и ее матрицу проекции, внутренние параметры, такие как фокусное расстояние и главная точка, внешние параметры, определяющие положение камеры, модели радиальной и тангенциальной дисторсии объектива, а также процедуры калибровки, которые восстанавливают эти параметры по изображениям известных мишеней.

Core questions

• Как камера проецирует 3D-точку на плоскость изображения?
• Какие внутренние параметры характеризуют камеру?
• Как моделируется и корректируется дисторсия объектива?
• Как эти параметры оцениваются на практике?

Key concepts

• Модель камеры-обскуры
• Матрица проекции
• Внутренние параметры
• Внешние параметры
• Дисторсия объектива
• Калибровочные мишени

Key theories

Модель проекции камеры-обскуры

Идеальная камера проецирует 3D-точки через центр на плоскость изображения, выраженную в однородных координатах как матрица проекции 3 на 4, разлагающаяся на внутренние и внешние части, что является основой геометрического компьютерного зрения.

Калибровка на основе плоскости

Получение нескольких видов плоского шаблона позволяет восстановить внутренние и внешние параметры и дисторсию путем инициализации в замкнутой форме с последующей нелинейной доработкой, что является гибким и широко используемым методом калибровки.

Clinical relevance

Калибровка камеры является необходимым условием для точной 3D-реконструкции, навигации роботов и транспортных средств, дополненной реальности, фотограмметрии и любых метрических измерений по изображениям.

History

Фотограмметрические методы калибровки предшествовали компьютерному зрению; Хартли и Зиссерман систематизировали проективную камеру в 1990-х годах, а метод Чжана 2000 года, основанный на плоскостях, сделал калибровку простой и доступной, став де-факто стандартом.

Key figures

• Richard Hartley
• Andrew Zisserman
• Zhengyou Zhang

Seminal works

• hartley2004
• zhang2000

Frequently asked questions

Что означает калибровка камеры?

Это означает измерение того, как камера отображает 3D-мир в пиксели, включая ее фокусное расстояние, центр изображения и дисторсию объектива, чтобы измерения изображения можно было соотнести с геометрией реального мира.

Почему необходимо корректировать дисторсию объектива?

Реальные линзы искривляют прямые линии, особенно по краям изображения; моделирование и устранение этой дисторсии восстанавливает геометрию прямых линий, предполагаемую моделью камеры-обскуры, что необходимо для точной реконструкции.