相机矩阵系统 相机矩阵
一、照相机的成像原理
照相机的成像原理是:
照相机的镜头相当于一个凸透镜，来自物体的光经过照相机的镜头后会聚在胶片上，成倒立、缩小的实像。与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。数码相机正是使用了感光器件，将光信号转变为电信号，再经模/数转换后记录于存储卡上的。
和眼睛一样有各种东西传统相机成像过程：
1.
经过镜头把景物影象聚焦在胶片上
2.
胶片上的感光剂随光发生变化
3.
胶片上受光后变化了的感光剂经显影液显影和定影形成
和景物相反或色彩互补的影象数码相机成像过程:
1.经过镜头光聚焦在CCD或CMOS上
2.CCD或CMOS将光转换成电信号
3.经处理器加工，记录在相机的内存上
4.通过电脑处理和显示器的电光转换，或经打印机打印便形成影象。
具体过程：数码相机是通过光学系统将影像聚焦在成像元件CCD/ CMOS上，通过A/D转换器将每个像素上光电信号转变成数码信号，再经DSP处理成数码图像，存储到存储介质当中。光线从镜头进入相机，CCD进行滤色、感光（光电转化），按照一定的排列方式将拍摄物体“分解”成了一个一个的像素点，这些像素点以模拟图像信号的形式转移到“模数转换器”上，转换成数字信号，传送到图像处理器上，处理成真正的图像，之后压缩存储到存储介质中。景物的反射光线经过镜头的会聚，在胶片上形成潜应影，这个潜影是光和胶片上的乳剂产生化学反应的结果。再经过显影和定影处理就形成了影像。摄象头的数码影像和胶片成像原理不同，是经过镜头成像在CCD上，经过CCD的光电转换，生成视频信号，再经过显示屏电光转换，才生成图像。
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照相机的成像原理是什么?
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照相机的工作原理？
相机其实就是利用了凸透镜的成像原理。一个凸透镜，设焦距为f（凸透镜能汇聚光线，光线汇聚的一点叫做焦点，焦点到凸透镜中心的距离就是焦距），物距（物体到凸透镜中心的距离）为u，那么，当u>2f时，在凸透镜的另一边，放置一个不透明物体，物理学上称之为光屏，就能在光屏上得到一个与实物相同的像，但这个像是倒立并且缩小的。相机就是这样的原理。传统相机前面会有一个凸透镜，就是我们说的镜头，这个凸透镜起到上面所说的作用。凸透镜的后面是暗室，暗室中放底片，底片上涂有感光物质。底片在暗室中，由于密封无光，所以不感光。当按下快门的一瞬间，快门打开，光经过凸透镜后进入暗室，在底片上成一个倒立缩小的像。快门开合的速度很快，最快的达到二千分之一秒完成。专业相机还可以控制快门开合的时间，让底片曝光久一点，达到自己想要的效果。由于照相机用的凸透镜焦距比较小，所以总能使被拍照物体在二倍焦距以外，底片上总能形成一个倒立缩小的像。傻瓜相机、数码相机和专业相机又有不同之处。傻瓜机只有一个凸透镜，并且不能调曝光时间，什么都不用设置，名副其实是傻瓜都能用的相机。但这样的话就拍摄不出专业效果。数码相机与传统相机的不同之处是，把底片换成了ccd。ccd是一种电子元件，当有光照射在上面时就能转换成电信号，当镜头把物体成像在ccd上面时，ccd就转换成电信号，一按快门就是把当前的相片保存下来。专业相机一般也用底片，但其专业之处是在快门、光圈和镜头上。专业相机可控制快门的开合时间，使底片曝光久一点或少一点。光圈是控制外面的光进入暗室的强度，当外界光很强的时候，如果用傻瓜机拍摄，就会令相片很亮，以致看不清，但专业相机可以控制光圈使底片曝光强度减低。专业相机的镜头并不是单单的一个凸透镜，而是一组凸透镜，可以控制这些凸透镜的距离来调整焦距，总能使底片上的像最清晰。也可以在镜头上安装广角镜、滤色镜的仪器，广角镜使拍摄的范围更广，滤色镜使相片的颜色更好。例如，拍摄一张风景画，你想让底片中的绿色多一点，能有更浓烈的色彩效果，就在镜头上安装一个绿色的滤色镜，使更多的绿色光通过镜头。上面所说的小孔成像不能应用于相机上也是不对的。由于光的直线传播，如果在一个不透明物体上戳一个孔，比这个孔大的物体反射的光就不能水平通过这个孔，而是物体上部的光往下穿过小孔，下部的光往上穿过小孔，在另一边放置一个光屏，就能得到一个倒立的像。所以，小孔在一定程度上也可以充当凸透镜。 这些就是用小孔成像原理拍摄出来的相片。
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照相机的成像原理是什么
1、取景：光线（影像）通过镜头，投射到45度安放的反光镜上，折射到机顶的五菱镜，再通过五菱镜的两次折射，投射到取景目镜。拍摄者即通过目镜看到了与实物一样的正立的影像。 2、拍摄：摄者按下快门，反光镜向上翻起，打开镜头通向胶片（或CCD或CMOS）的光通路，反光镜同时将通向五菱镜的光路遮挡，防止杂光反向通过目镜进入相机影响成像。此时光圈收缩到预设值，快门打开，影像记录介质记录影像，快门关闭，光圈回到最大，反光镜回位，准备下一次的取景、拍摄。单反相机中，胶片单反和数码单反的原理相同，仅是记录影像的介质不同。当然因为记录的介质不同了，其结构也有了较大的区别。上述仅仅描述了单反相机的光线轨迹，还有一些如光圈的动作、快门的控制、闪光灯的控制、测光及曝光的组合、测距调焦等等，无法在此一一描述。有双反相机。就如国产的海鸥4A、4B等就是，以前人们俗称的“方镜箱”就是。双反相机采用两个镜头，上下安置，一般上面镜头取景，下面镜头拍摄。因其未装置五菱镜，故摄者取景时看到的影像是上下、左右颠倒的，取景时的操作会感到不方便。另外，由于双反相机用两个镜头分开取景和拍摄，故会产生一个“视差”问题，即摄者看到的影像范围，并非是拍摄记录到范围。而单反相机就比较彻底的解决了这个问题，因其通过一个镜头完成取景、拍摄，基本做到了“所见即所得”，也是单反得到了飞速发展的其中一个原因。还有一种叫“旁轴”的相机，其通过机身上一个专用的取景窗取景，镜头记录影像。因其也不是通过一个镜头完成取景和拍摄，即同样存在“视差”的问题。这样可以么？
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照相机的成像原理—找答案，就来「问一问」
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照相机成像的原理是什么越简单越好通俗易懂一点
1.照相机的镜头是一个凸透镜，来自物体的光经过凸透镜后，在胶卷上形成一个缩小、倒立的实像。光圈通过口径大小来控制进光量的大小，快门通过开启速度控制曝光时间长短，两者结合来控制曝光。胶卷上涂着一层感光物质在感光的情况下通过卤化银（感光胶片的主要成分）的光化学反应产生明暗变化来记录影像，经过显影、定影后成为底片，用底片洗印就得到相片。 2.数码相机只是把感光胶片换成了感光元件CCD或CMOS，光线透过镜头投射到感光元件表层，光线被感光元件表层上滤镜分解成不同的色光；色光被各滤镜相对应的感光单元感知，并产生不同强度的模拟电流信号，再由感光元件的电路将这些信号收集起来；模拟信号通过数模转换器转换成为数字信号，再由影像处理器对这些信号进行处理，然后再被传输到存储卡上保存起来。
13赞·951浏览2016-08-17
数码相机成像原理是什么？
照相机的成像原理是什么？
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1、取景：光线（影像）通过镜头，投射到45度安放的反光镜上，折射到机顶的五菱镜，再通过五菱镜的两次折射，投射到取景目镜。拍摄者即通过目镜看到了与实物一样的正立的影像。 2、拍摄：摄者按下快门，反光镜向上翻起，打开镜头通向胶片（或CCD或CMOS）的光通路，反光镜同时将通向五菱镜的光路遮挡，防止杂光反向通过目镜进入相机影响成像。此时光圈收缩到预设值，快门打开，影像记录介质记录影像，快门关闭，光圈回到最大，反光镜回位，准备下一次的取景、拍摄。单反相机中，胶片单反和数码单反的原理相同，仅是记录影像的介质不同。当然因为记录的介质不同了，其结构也有了较大的区别。上述仅仅描述了单反相机的光线轨迹，还有一些如光圈的动作、快门的控制、闪光灯的控制、测光及曝光的组合、测距调焦等等，无法在此一一描述。有双反相机。就如国产的海鸥4A、4B等就是，以前人们俗称的“方镜箱”就是。双反相机采用两个镜头，上下安置，一般上面镜头取景，下面镜头拍摄。因其未装置五菱镜，故摄者取景时看到的影像是上下、左右颠倒的，取景时的操作会感到不方便。另外，由于双反相机用两个镜头分开取景和拍摄，故会产生一个“视差”问题，即摄者看到的影像范围，并非是拍摄记录到范围。而单反相机就比较彻底的解决了这个问题，因其通过一个镜头完成取景、拍摄，基本做到了“所见即所得”，也是单反得到了飞速发展的其中一个原因。还有一种叫“旁轴”的相机，其通过机身上一个专用的取景窗取景，镜头记录影像。因其也不是通过一个镜头完成取景和拍摄，即同样存在“视差”的问题。这样可以么？
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二、什么是矩阵测光模式
矩阵测光模式是一种把画面分成多个测光区，由多枚测光元件分别测出每一区的亮度并经照相机电脑运算得出测光值的测光模式。这种测光模式由尼康公司发明并在尼康FA型35毫米单镜头反光照相机上首先装备。之后，矩阵测光技术得到了进一步的发展，矩阵测光模式逐渐成为新颖照相机的一种基本测光模式。
矩阵测光最主要的特点是，把所摄画面分割成数个测光区，由照相机上的多枚测光元件各自测出每一区的亮度，然后与电脑中事先贮存着的经验数据比较并经运算处理，给出正确的曝光值。对于被摄主体处于逆光一类的情况，依靠这种测光模式控制自动曝光，一般都能由照相机自动进行曝光补偿。矩阵测光又被称为“多分区权衡测光”、“多分割权衡测光”、“多幅面权衡测光”等。
三、相机矩阵***Camera***Matrix***
透视投影属于中心投影。透视投影图简称为透视图或透视，它是从某个投射中心将物体投射到单一投影面上所得到的图形。透视图与人们观看物体时所产生的视觉效果非常接近，所以它能更加生动形象地表现建筑外貌及内部装饰。在已有实景实物的情况下，通过拍照或摄像即能得到透视图；对于尚在设计、规划中的建筑物则作图（手工或计算机）的方法才能画出透视图。透视图以渲染、配景，使之成为形象逼真的效果图。由于是中心投影，因此平行投影中的一些重要性质（如平行性、定比性等）和作图规律，在这里已不适用。
透视投影是用中心投影法将形体投射到投影面上，从而获得的一种较为接近视觉效果的单面投影图。它具有消失感、距离感、相同大小的形体呈现出有规律的变化等一系列的透视特性，能逼真地反映形体的空间形象。
透视投影符合人们心理习惯，即离视点近的物体大，离视点远的物体小，远到极点即为消失，成为灭点。它的视景体类似于一个顶部和底部都被切除掉的棱椎，也就是棱台。这个投影通常用于动画、视觉仿真以及其它许多具有真实性反映的方面。
投影线垂直于投影面的投影属于正交投影，也称为平行投影。
我们将一个3维坐标表示为列向量，那么一个 3*3的矩阵乘以这个列向量就可以得到一个新的列向量。如下，三维笛卡尔坐标与矩阵的乘法只能实现三维坐标的缩放和旋转，而无法实现坐标平移。
也称为相机反切(camera resectioning)，主要用于估计图像或者视频摄像机的透镜和图像传感器的相关参数。使用这些参数可以纠正透镜畸变，度量真实世界中物体的大小，或者相机在一个场景中的定位。因而可以被用于机器视觉，去检测或者度量事物，也可用于机器人中，帮助导航系统和3D重建。
相机矩阵分解为两个矩阵的乘积：内参矩阵 K和外参矩阵 [R|−RC]
内参矩阵是将3D相机坐标变换到2D齐次图像坐标。透视投影的一个理想模型就是针孔相机，有缩放的效果成像为倒影。市面上的相机都是透视投影。如下：
内参矩阵如下：
内参矩阵的每一个参数都有意义：
其它的参数 fy,x0,y0也可以被转换为对应的世界单元 Fx,X0,Y0:
第二个等式右边三个矩阵依次是：2D平移、2D缩放、2D切变
另一种等价的分解是将切变放在缩放前面:
有一点需要注意：内参不影响可见性——阻隔对象(occluded objects)在图像空间中无法通过简单的2D变换显示出来。这里的 occluded objects就是那些你希望看到，但是由于某些原因看不到的对象，比如目标跟踪的时候，一个目标被另一个目标遮挡了。
相机的外参矩阵描述的是世界坐标中相机的位置，及其指向方向。有两个成分：旋转矩阵 R和平移向量 t。它们并非恰好对应相机的旋转和平移。
外参矩阵以刚体变换矩阵的形式可以记为：左边一个 3∗3旋转矩阵，右边一个 3∗1的平移列向量：
常见的做法是在底部增加一行(0,0,0,1)，这使得矩阵为方形的，允许我们进一步将矩阵分解为旋转和平移矩阵：
这个矩阵描述的就是如何将世界坐标系中的点变换到相机坐标系中，向量 t描述的是世界坐标系原点在相机坐标系中的位置， R的列代表的是相机坐标系中世界坐标系轴的方向。
从上可以发现，外参主要作用就是描述世界坐标系到相机坐标系的转换。与我们经常想的相机坐标系到世界坐标系的转换刚好相反。
实际中，直接指定相机的姿态比指定世界坐标系中的点如何转换到相机坐标系中更加自然，通过建立一个刚体变换矩阵描述相机姿态，然后对其取逆即可建立相机的外参矩阵。
因而可以这样做：定义一个描述相机中心在世界坐标系中的位置的向量 C，然后让 Rc代表相机在世界坐标系旋转到当前姿态需要的旋转矩阵。那么描述相机姿态的变换矩阵就是(Rc|C)。同样在底部添加一个行向量(0,0,0,1)，那么外参矩阵就是相机姿态矩阵的逆。
倒数第三个等式变换到倒数第二个等式，使用的转置是因为 Rc是正交阵,此外，平移矩阵的逆就是他的负数平移向量，进而可以得到外参矩阵参数和相机姿态是直接相关：
