标签：拍摄 世界 世界坐标 34 相机 图像 视觉 像素 坐标系
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对于刚接触相机模型的同学来说，会从各个渠道被告知 相机模型中的世界坐标系是假想坐标系，可以被任意选取，当然这种描述是简洁且正确的，但这样描述会有些抽象，可任意选取代表了很强的随机性，这种抽象的描述及随机性往往对初学者的理解并不友好，本着面向初学者群体的写作意愿，本文较为详尽的解释一下相机模型中的世界坐标系究竟指什么。
0、预备概念
从概念上讲，为了定量描述物体间的 相对位置 关系，引入了坐标系。每个点在不同坐标系中的坐标值是不同的，但多个点间的 相对位置 或构成的 方向向量 并不随坐标系的改变而发生变化。所以，可以使用 任意坐标系 来定量刻画物体间的 相对位置 关系。
为便于理解不同坐标系间的差异，引入两个定义：
相对坐标系：依托于某物体的空间位置、旋转角度而定义的坐标系，会随着物体移动发生变化;
绝对坐标系：不依托于其他任何物体，在指定后不变且唯一
下面将分三个部分逐层次进行说明，第一部分简要介绍相机模型所涉及的四个坐标系，第二部分介绍为什么需要引入世界坐标系，第三部分介绍真实场景中世界坐标系的指定方式。
1.相机模型所涉及的坐标系介绍
1. 世界坐标系
世界坐标系可以任意选择，为假想坐标系，在被指定后随即 不变且唯一，即为绝对坐标系
2. 相机坐标系
相机坐标系以相机的光心（小孔）作为原点，X轴为水平方向，Y轴为竖直方向，Z轴指向相机所观察的方向，其随相机的移动而变化，即为相对坐标系
3. 图像物理坐标系（为推出像素坐标系引入，为过渡项）
图像物理坐标系原点为透镜光轴与成像平面的交点，X轴与Y轴分别平行于相机坐标系的X与Y轴，是二维平面直角坐标系，单位为毫米，其依托于相机坐标系，故也为相对坐标系
4. 图像像素坐标系
图像像素坐标系为固定在图像上的以像素为单位的平面直角坐标系，其原点位于图像左上角，X轴与Y轴平行于图像物理坐标系的X和Y轴，其依托于图像物体坐标系，同样是相对坐标系
可以看到，上述四个坐标系除世界坐标系外的三个坐标系均有明确的定义，且显然这三个坐标系是 以相机为主体 定义的 相对坐标系 ，在相机的 空间位置与旋转角度 确定后，这三个坐标系随即确定且唯一。
但在相机真实使用场景中，极少场景是相机确定 起始空间位置与旋转角度 后便不再发生变化的固定视点与视角的拍摄，大部分拍摄场景中相机的位置与角度会发生变化，故而以相机为主体的三个相对坐标系也是 随之变化 的。即相机在不同 位置与角度 下拍摄的图片处于不同的 相机/物理/像素 坐标系。
二、为什么需要世界坐标系？
受限于相机FOV以及拍摄时的位置与角度，拍摄的单张图像所含信息有限，当需要把多张图像的信息聚合在一起时，所面临的一个问题就是 不同图像在拍摄时处于各自的 相机/物理/像素 坐标系中，这些相对坐标系绝大部分情况下并不相同，要同时处理多张图像信息，便必须将多张图像的信息放置于同一个坐标空间内，使用相同的标准进行描述。
即:想将不同视点/视角拍摄的图像信息整合在一起就必须将所有的信息放在同一个坐标系下，这个坐标系应与各张图像的 相机/物体/像素 这些相对坐标系无关，在确定后应不变且唯一，即应为绝对坐标系，我们将这个坐标系称为 世界坐标系 。
在通过变换矩阵将各自相对坐标系中的图像坐标变化至世界坐标系中后，之前的相对坐标系便可不再考虑，在单一的世界坐标系里对不同图像信息进行操作。
讲到这里我们只解释了世界坐标系是什么以及为什么需要世界坐标系的问题，但这些均为概念性的知识，要真正理解世界坐标系的全貌，就必须把那些 抽象概念具体化 ，消除那些随机性。即需了解在真实的应用场景中世界坐标系究竟是如何指定的。
三、实践中，相机世界坐标系的指定
在实践中，世界坐标系的选取可分为两种情况，单目相机与双目相机。
1、单目相机
在单目相机中，我们通常选择拍摄第一张图像时的相机坐标系作为世界坐标系，即以拍摄第一张图像时相机的光心（小孔）作为原点，X轴为水平方向，Y轴为竖直方向，Z轴指向拍摄第一张图像时相机所观察的方向。选定后世界坐标系便不再发生变化，即不变且唯一。
2、双目相机
在双目相机(A,B)中，与单目相机大同小异，我们可选取 其中一个相机A(当然也可以选择其他,比如两个相机的中点)拍摄第一张图像时的相机坐标系为世界坐标系，即以相机A拍摄第一张图像时相机的光心（小孔）作为原点，X轴为水平方向，Y轴为竖直方向，Z轴指向拍摄第一张图像时相机A所观察的方向。
标签：拍摄,世界,世界坐标,34,相机,图像,视觉,像素,坐标系 来源： https://blog.csdn.net/Destiny_zc/article/details/120930232
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