相机位姿估计(一):基本原理之如何解PNP问题

关于PNP问题就是指通过世界中的N个特征点与图像成像中的N个像点,计算出其投影关系,从而获得相机或物体位姿的问题。
以下讨论中设相机位于点Oc,P1、P2、P3……为特征点。

Case1: 当N=1时

当只有一个特征点P1,我们假设它就在图像的正中央,那么显然向量OcP1就是相机座标系中的Z轴,此事相机永远是面对P1,于是相机可能的位置就是在以P1为球心的球面上,再一个就是球的半径也无法确定,于是有无数个解。

Case2: 当N=2时

现在多了一个约束条件,显然OcP1P2形成一个三角形,由于P1、P2两点位置确定,三角形的变P1P2确定,再加上向量OcP1,OcP2从Oc点射线特征点的方向角也能确定,于是能够计算出OcP1的长度=r1,OcP2的长度=r2。于是这种情况下得到两个球:以P1为球心,半径为r1的球A;以P2为球心,半径为r2的球B。显然,相机位于球A,球B的相交处,依旧是无数个解。

Case3: 当N=3时

与上述相似,这次又多了一个以P3为球心的球C,相机这次位于ABC三个球面的相交处,终于不再是无数个解了,这次应该会有4个解,其中一个就是我们需要的真解了。

Case4: 当N=4时

N=3时求出4组解,好像再加一个点就能解决这个问题了,事实上也几乎如此。说几乎是因为还有其他一些特殊情况,这些特殊情况就不再讨论了。N>3后,能够求出正解了,但为了一个正解就又要多加一个球D显然不够”环保”,为了更快更节省计算机资源地解决问题,先用3个点计算出4组解获得四个旋转矩阵、平移矩阵。根据公式:
这里写图片描述
将第四个点的世界座标代入公式,获得其在图像中的四个投影(一个解对应一个投影),取出其中投影误差最小的那个解,就是我们所需要的正解。

PNP问题的求解原理大致就是上面这样了,至于具体的数学方法还是请大家自己去查阅文献吧,本博客对这个问题的分析就到此为止了。接下来请看通过解PNP问题,求解相机位姿的应用。

参考链接如下

链接内容

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章