1 概述

　　機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼和人腦來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)工作的基本過(guò)程是獲取目標(biāo)的圖像后，對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別、特征提取、分類、數(shù)學(xué)運(yùn)算等分析操作，并根據(jù)圖像的分析計(jì)算結(jié)果，來(lái)對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)行控制或決策的過(guò)程。

　　在很多機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中，都需要用到機(jī)器視覺(jué)測(cè)量，即根據(jù)目標(biāo)的圖像，來(lái)得到目標(biāo)在實(shí)際空間中的物理位置，最典型的如行走機(jī)器人、SLAM等。

　　要根據(jù)圖像中的目標(biāo)像素位置，得到目標(biāo)的物理空間位置，我們需要首先有一個(gè)圖像像素坐標(biāo)與物理空間坐標(biāo)的映射關(guān)系，也就是將光學(xué)成像過(guò)程抽象為一個(gè)數(shù)學(xué)公式，這種能夠表達(dá)空間位置如何映射到圖像像素位置的數(shù)學(xué)公式，就是所說(shuō)的機(jī)器視覺(jué)成像模型，本文即討論這種模型的機(jī)理。

　　2 小孔成像

　　機(jī)器視覺(jué)成像采用小孔成像模型，如下圖所示

　　再次簡(jiǎn)化為下圖

　　圖中X XX是一個(gè)空間點(diǎn)，x xx為該空間點(diǎn)在圖像中的成像點(diǎn)，C CC為鏡頭光心(camera centre)，從圖中可看到，C CC、x xx、X XX三個(gè)點(diǎn)是共線的。

　　光心C CC距離成像面(image plane)的距離即焦距f ff。

　　后面的各個(gè)坐標(biāo)系及其相互關(guān)系都是基于這個(gè)小孔成像模型推出。

　　3 坐標(biāo)系

　　說(shuō)到機(jī)器視覺(jué)測(cè)量模型，就少不了先要了解整個(gè)模型中涉及的幾個(gè)坐標(biāo)系。

　　3.1 像素坐標(biāo)系uov

　　即圖像中各像素點(diǎn)坐在的坐標(biāo)系，如下圖所示uov。

　　這個(gè)坐標(biāo)系是一個(gè)二維坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)為圖像寬度方向，縱坐標(biāo)為圖像高度方向，原點(diǎn)位于左上角，坐標(biāo)軸單位為像素，與圖像的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)。

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