攝像機透視投影近似模型

透視投影實際是一個非線性映射,這在實際求解時可能需要大的計算量,而且如果透視效果不明顯,直接使用該模型可能會使求解變爲病態。另外,在某些條件下,例如,攝像機的視場很小,並且物體的尺寸相對於到攝像機的距離也很小,這時透視模型可以很好地用線性模型近似。這種近似可大大簡化推到和計算。幾個線性近似如下:

    1、正投影:orthographic projection,這種近似完全忽略了深度信息。在這種投影方式下,物體到攝像機的垂直距離(深度信息)和物體到光軸的距離(位置信息)都完全丟失了。因此,只在這兩種信息確實可以忽略時纔可用。正投影的公式爲:x=X,y=Y。這裏(x,y,z)是三維空間點在攝像機座標系中的座標,(X,Y)是三維空間點的圖像座標。

    2、弱透視:weak perpective, 如果攝像機的視場比較小,而且物體表面深度變化相對其到攝像機的距離很小的話,物體上個點的深度可以用一個固定的深度值z0近似,這個值一般取物體質心的深度。這種近似可以看做是兩次投影的合成。首先,整個物體按平行於光軸的方向正投影到經過物體質心並與圖像平面平行的平面上;然後,再按透視模型將上述物體平面的圖像投影到攝像機的圖像平面上,這一步實際是全局的放縮。因此,弱透視也叫放縮正投影(scaled orthographic projection)。

    3、平行透視:在弱透視投影中,三維空間點先被正投影到過物體質心並與圖像平面平行的平面上。這一過程中丟失了物體的位置信息。如果物體離光軸較遠,弱透視帶來的誤差很大。在平行透視(paraperpective projection)中,投影過程仍可分爲兩個過程:首先,仍是把物體平行投影到過質心且與像平面平行的平面上,不過這次的投影線不是平行於光軸,而是平行於質心G和攝像機光心O點的連線OG上。

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