机器人视觉与感知

相机外参

相机外参描述的是相机在世界中处于什么位置、朝着哪个方向。如果说内参是镜头固定不变的“性格”,那外参就是它当下的“住址”和“头部倾角”——机器人一移动或一转头,外参就立刻改变。它们其实就是相机的位姿:它在空间中的位置,加上它的朝向。

具体来说,外参是一组旋转和一组平移,二者合在一起,把坐标从大家共用的世界坐标系搬进相机自己的坐标系——在那个坐标系里,相机位于原点,正沿着镜头方向往前看。平移说明要把世界原点滑动多远才能到达相机;旋转说明要怎样转动世界的坐标轴,才能让它们与相机的上方、右方和前方对齐。把这一对操作作用到房间里测得的任意一点上,你就知道那一点相对于相机在哪里——这正是针孔投影把它变成像素之前必须迈出的第一步。

这正是外参对一台运动中的机器人如此关键的原因。当机械臂伸展、或漫游车行驶时,它机载相机的外参时时刻刻都在更新,机器人借此把所见的画面与它已经掌握的房间信息融合起来。外参搞错了,一张再清晰的图像也会被钉在世界中错误的位置上;外参搞对了,视觉与运动才说着同一种语言。

一台被固定在离地 1.2 米、向下倾斜 30 度的相机,其外参就如实记录着这一切:一段沿墙向上的平移,加上一段让视线俯向地面的旋转,于是图像中看到的一块地砖,就能被精确地落到真实地面上。

外参=位置+朝向:它们告诉机器人相机在哪里、又瞄向何方。

由于外参编码的是一个位置和一个朝向,它本质上就是一次刚体变换——与用来追踪机器人身上任意一个坐标系的数学完全相同。

又称
extrinsicscamera pose外参矩阵外參矩陣