《像素空间关系》课件.pptVIP

像素空间关系像素是数字图像的基本单位，每个像素都代表着图像中的一个点。像素之间的关系决定了图像的结构和形状，例如，相邻像素的颜色和亮度差异可以反映图像的边缘和纹理。

课程导言像素空间的广阔像素空间可以用于处理各种图像和视频，从自然景观到人造结构，无所不包。虚拟现实与游戏虚拟现实和游戏等领域都需要进行复杂的像素空间变换，以创造逼真的视觉效果。计算机视觉应用计算机视觉应用，如人脸识别和物体检测，也依赖于对像素空间的理解。

什么是像素空间像素空间是指图像中所有像素点组成的空间。它是一个离散的空间，每个像素点代表图像中的一个采样值。像素空间是图像处理和计算机视觉中的基本概念，它为我们提供了对图像数据的理解和操作基础。像素空间是理解图像的起点，它为我们提供了对图像数据的基本认识，为后续的图像分析、处理和理解奠定了基础。

像素点的构成颜色信息每个像素点包含了颜色信息，用RGB或其他颜色空间表示，决定了该点的颜色。亮度信息每个像素点包含了亮度信息，表示该点的明暗程度，通常用0到255的数值表示。透明度信息每个像素点可能包含透明度信息，用于控制该点显示的透明程度，通常用0到255的数值表示，0表示完全透明，255表示完全不透明。其他信息根据应用场景，像素点可能包含其他信息，例如深度信息、纹理信息等。

像素点的坐标系图像中的每个像素点都有其唯一的坐标。像素坐标系通常是一个二维坐标系，以图像的左上角为原点，水平方向为x轴，垂直方向为y轴。x轴的正方向向右，y轴的正方向向下。例如，图像中位于第1行第2列的像素点的坐标为(1,2)。

像素坐标与物理坐标的映射关系1物理坐标真实世界中的三维坐标2相机坐标相机光心为原点的三维坐标系3图像坐标二维图像平面上的坐标4像素坐标图像像素矩阵中的整数坐标像素坐标与物理坐标之间存在着非线性映射关系，需要通过相机模型进行转换。

二维空间中的像素坐标变换1平移变换将图像整体移动到新的位置。2旋转变换将图像绕某个点旋转一定角度。3缩放变换将图像放大或缩小。4剪切变换将图像沿某个方向拉伸或压缩。二维空间中的像素坐标变换，指将图像中的像素点从一个坐标系转换到另一个坐标系。

三维空间中的像素坐标变换空间旋转通过旋转矩阵将三维空间中的点绕坐标轴旋转一定角度，从而改变其在图像中的位置。空间平移通过平移向量将三维空间中的点移动到新的位置，从而改变其在图像中的投影坐标。相机投影将三维空间中的点投影到二维图像平面上，得到相应的像素坐标，该过程涉及相机内部参数和外部参数。

图像空间与世界空间的关系图像空间是二维的，由像素坐标表示，描述的是图像中的点。世界空间是三维的，由世界坐标系表示，描述的是真实世界中的点。图像空间与世界空间存在映射关系，由相机模型和相机参数决定。相机模型描述了相机是如何将三维世界投影到二维图像上的。相机参数包括内部参数和外部参数，内部参数描述了相机的内部特性，外部参数描述了相机在世界空间中的位置和姿态。

相机模型与成像原理1针孔相机模型针孔相机模型是一种简单但有效的模型，它模拟了光线通过针孔投影到成像平面上的过程。2成像过程现实世界中的三维场景被投影到二维图像平面，形成图像像素。3几何关系相机模型描述了三维世界中的点与二维图像平面上的像素之间的几何关系。4成像原理了解相机模型和成像原理是理解计算机视觉和三维重建的关键。

针孔相机模型针孔相机模型是计算机视觉中常用的几何模型，简化了真实相机成像过程。它将相机看作一个理想的小孔，光线通过小孔投影到成像平面，形成图像。该模型忽略了透镜的畸变和散射等因素，但能有效地描述相机成像的几何关系。针孔相机模型可以用于理解图像几何、标定相机参数和进行三维重建等任务。它提供了图像与三维世界之间变换的数学框架，是计算机视觉和图形学的基础理论之一。

相机内部参数焦距焦距决定了相机成像的放大倍数。焦距越大，图像放大倍数越小，视野越广。主点坐标主点坐标是指相机光轴与图像平面的交点。主点坐标决定了相机成像的中心位置。像元尺寸像元尺寸是指图像传感器上每个像素点的物理尺寸。像元尺寸决定了图像的分辨率和清晰度。畸变系数畸变系数描述了相机镜头产生的畸变。畸变系数会影响图像的几何形状。

相机外部参数相机位置描述相机在世界坐标系中的位置和方向，也称为相机姿态。平移表示相机坐标系原点相对于世界坐标系原点的偏移量。旋转表示相机坐标系相对于世界坐标系的旋转角度。

单目相机标定1相机模型相机模型描述了真实世界三维点和图像平面二维点之间的对应关系。通过标定，可以获得相机的内部参数和外部参数。2标定板标定板是一个带有已知尺寸和位置的棋盘格图案，用于提供参考点。标定板通常由黑色和白色方格组成，方便相机识别。3优化算法使用优化算法来最小化重投影误差，从而得到最佳的相机参数。常用的优化算法包括最小二乘法和非