Các Mô hình Máy ảnh và Hiệu chuẩn

Các mô hình máy ảnh mô tả cách các điểm trong thế giới 3D được chiếu lên một hình ảnh, và hiệu chuẩn ước tính các tham số của phép chiếu đó cho một máy ảnh thực tế.

Definition

Mô hình máy ảnh là một ánh xạ toán học từ các điểm cảnh 3D đến các điểm ảnh 2D, và hiệu chuẩn là việc ước tính các tham số nội tại và ngoại tại của mô hình cho một máy ảnh cụ thể.

Scope

Chủ đề này bao gồm mô hình máy ảnh lỗ kim và ma trận chiếu của nó, các tham số nội tại như tiêu cự và điểm chính, các tham số ngoại tại cho biết tư thế của máy ảnh, các mô hình biến dạng thấu kính xuyên tâm và tiếp tuyến, và các quy trình hiệu chuẩn để khôi phục chúng từ hình ảnh của các mục tiêu đã biết.

Core questions

• Máy ảnh chiếu một điểm 3D lên mặt phẳng hình ảnh như thế nào?
• Những tham số nội tại nào đặc trưng cho một máy ảnh?
• Biến dạng thấu kính được mô hình hóa và hiệu chỉnh như thế nào?
• Các tham số này được ước tính trong thực tế như thế nào?

Key concepts

• Mô hình máy ảnh lỗ kim
• Ma trận chiếu
• Tham số nội tại
• Tham số ngoại tại
• Biến dạng thấu kính
• Mục tiêu hiệu chuẩn

Key theories

Mô hình chiếu lỗ kim

Một máy ảnh lý tưởng chiếu các điểm 3D qua một tâm lên một mặt phẳng hình ảnh, được biểu diễn trong tọa độ thuần nhất dưới dạng ma trận chiếu 3x4 phân tích thành các phần nội tại và ngoại tại, là nền tảng của thị giác máy tính hình học.

Hiệu chuẩn dựa trên mặt phẳng

Chụp nhiều góc nhìn của một mẫu phẳng cho phép khôi phục các tham số nội tại và ngoại tại cùng với biến dạng bằng cách khởi tạo dạng đóng sau đó tinh chỉnh phi tuyến tính, một kỹ thuật hiệu chuẩn linh hoạt và được sử dụng rộng rãi.

Clinical relevance

Hiệu chuẩn máy ảnh là điều kiện tiên quyết để tái tạo 3D chính xác, điều hướng robot và phương tiện, thực tế tăng cường, đo ảnh và bất kỳ phép đo lường nào từ hình ảnh.

History

Các phương pháp hiệu chuẩn đo ảnh có trước thị giác máy tính; Hartley và Zisserman đã hệ thống hóa máy ảnh chiếu trong những năm 1990, và phương pháp dựa trên mặt phẳng của Zhang năm 2000 đã làm cho việc hiệu chuẩn trở nên đơn giản và dễ tiếp cận, trở thành một tiêu chuẩn thực tế.

Key figures

• Richard Hartley
• Andrew Zisserman
• Zhengyou Zhang

Seminal works

• hartley2004
• zhang2000

Frequently asked questions

Hiệu chuẩn máy ảnh có nghĩa là gì?

Nó có nghĩa là đo lường cách máy ảnh ánh xạ thế giới 3D đến các pixel, bao gồm tiêu cự, tâm hình ảnh và biến dạng thấu kính, để các phép đo hình ảnh có thể được liên hệ lại với hình học thế giới thực.

Tại sao biến dạng thấu kính cần được hiệu chỉnh?

Các thấu kính thực tế làm cong các đường thẳng, đặc biệt là gần các cạnh hình ảnh; việc mô hình hóa và loại bỏ biến dạng này khôi phục hình học đường thẳng được giả định bởi mô hình lỗ kim, điều này cần thiết cho việc tái tạo chính xác.