深度相機四大坐標(biāo)系

在計算機視覺中有四大坐標(biāo)系，分別是世界坐標(biāo)系、相機坐標(biāo)系、圖像坐標(biāo)系和像素坐標(biāo)系。這些坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換對視覺系統(tǒng)的定位有著舉足輕重的作用。

1、像素坐標(biāo)系(u,v)：指圖像處理算法中用到的圖像所在的2D像素坐標(biāo)系。在圖像上定義直角坐標(biāo)系u-v，每一像素的坐標(biāo)(u,v)分別是該像素在數(shù)組*中的列數(shù)和行數(shù)。

注：攝像機采集的數(shù)字圖像在計算機內(nèi)可以存儲為數(shù)組。

2、圖像坐標(biāo)系(x,y)：圖像坐標(biāo)系由相機的成像平面確定，X軸和Y軸與相機坐標(biāo)軸平行。

3、相機坐標(biāo)系(Xc,Yc,Zc)：相機光心點為O，X軸和Y軸與圖像平面坐標(biāo)系的x軸和y軸平行，Z軸為相機的光軸，和成像平面垂直。光軸與圖像平面的交點為圖像主點O'，由點O與軸組成的直角坐標(biāo)系稱為相機坐標(biāo)系。OO'為相機焦距。

4、世界坐標(biāo)系(Xw,Yw,Zw)：世界坐標(biāo)系是系統(tǒng)的絕對坐標(biāo)系，在沒有建立用戶坐標(biāo)系之前畫面上所有點的坐標(biāo)都是以該坐標(biāo)系的原點來確定各自的位置的。

坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換即將世界坐標(biāo)系中的3D真實點轉(zhuǎn)換到通常進(jìn)行圖像處理時所使用的以像素為單位的2D圖像上。

• 像素坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系

像素坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系都在成像平面上，圖像坐標(biāo)系的原點為相機光軸與成像平面的交點，而像素坐標(biāo)系的原點位于圖像左上角，即兩者存在著平移變化。

圖像坐標(biāo)系的單位通常是mm，而像素坐標(biāo)系的單位是pixel。感光芯片上每個像素點的實際物理大小dx，dy是相機的內(nèi)部參數(shù)，是連接像素坐標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系的橋梁，即像素坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系間存在著縮放變化。也就是說通過比例變化和縮放變化可以將像素坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成圖像坐標(biāo)系。

• 圖像坐標(biāo)系與相機坐標(biāo)系

從相機坐標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系是一個三維坐標(biāo)到二維坐標(biāo)（3D->2D）的過程，稱之為透視投影變換，其原理與小孔成像原理相同。通過相機內(nèi)參，利用相似三角形原理，可實現(xiàn)圖像坐標(biāo)與相機坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換。

• 世界坐標(biāo)系與相機坐標(biāo)系

世界坐標(biāo)與相機坐標(biāo)都是三維坐標(biāo)，遵循右手定則且三軸互相垂直。通常通過旋轉(zhuǎn)和平移的變化（外參矩陣）可以實現(xiàn)兩個坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。