fspy使用教程与配置

基础知识

摄像机匹配

摄像机匹配或摄像机标定是根据图像中的某些特征估计摄像机参数的过程。fSpy根据静止图像中用户定义的控制点计算相机在三维空间中的近似焦距、方向和位置。计算出的相机参数可用于其他应用程序,例如三维建模工具。

消失点

消失点是透视图像中所有平行线在三维空间相交的点。例如,下图中的轨迹在现实世界中是平行的,在一个消失点处相交。

fSpy利用消失点的位置估计摄像机参数。消失点是使用两个与图像中的特征对齐的线段指定的,这些特征对应于三维空间中的平行线。下图显示了两个这样的分段和相应的消失点,表示为两条较细线的交点。

当线段接近平行时,消失点的位置无法精确计算。线段之间的角度越大越好。

线段间的夹角越大,消失点的计算就越精确

垂直方向

假设fSpy中的消失点对应于三维空间中的垂直方向,即相互成直角的方向。

垂直方向(左)和非垂直方向(右)的消失点

局限性

fSpy只适用于一些针孔相机一样的过程产生的透视图像。合适的图像包括用常规(近)无畸变镜头拍摄的照片使用透视相机渲染的三维图像以下类型的图像不能很好地与fSpy配合使用用严重变形的镜头拍摄的照片,例如鱼眼镜头透视图被篡改的图像,例如通过透视控制使用正交摄影机渲染的三维图像拼接全景图像

教程

本教程将带您浏览应用程序中包含的示例项目。在继续之前,确保你已经完成了基础知识。

消失点与三维原点

从“文件”菜单中选择“打开示例项目”,打开示例项目。主窗口有三个部分:左侧的设置、中间的图像面板和右侧的校准结果。打开示例项目时,您应该看到的第一件事是

新加载的示例项目

四边多边形的角点已与真实矩形的角点对齐。边的编号为1或2,具体取决于它们对应的消失点。每个消失点的位置用较细的红蓝线表示。多边形的四个控制点定义了两个垂直方向的消失点,这足以决定相机的焦距和方向。带有坐标轴的白色控制点表示三维原点并定义相机的位置。这是最简单的校准设置,仅使用五个控制点。

尝试拖动任何控制点,看看相机参数是如何即时更新的。要提高精度,请在拖动时按住shift键。

四边多边形控件易于使用,但并不总是实用的。要单独移动每个消失点的控制点,请禁用左侧“设置”面板中的“矩形模式”选项。

关闭矩形模式时独立移动消失点控件

三维辅助线

若要检查校准的精度,可以拖动三维原点以查看其轴与图像中的线对齐。3D指南菜单提供了一些其他类型的视觉帮助。

盒子3D指南

消失点方向

坐标轴x、y和z分别用红色、绿色和蓝色进行颜色编码。消失点控件在其颜色给定的轴方向上定义一个消失点。要将轴指定给消失点,请使用左侧“设置”面板“消失点轴”区域中的菜单。例如,在外部应用程序中使用相机参数时,指定消失点轴是有用的,这些应用程序可能具有轴对应于向上方向的不同约定。

指定参考距离

给定两个消失点和三维原点的位置,就可以同时计算相机的方向和位置。默认情况下,从摄影机到三维原点的距离设置为合理的固定值。但是,fSpy也可以基于图像中对象的大小来计算该距离。

在继续之前,请重新打开示例项目以重置您所做的任何更改。消失点1和2的轴现在应分别设置为-x和-z。假设墙砖的宽度已知为20厘米。从坐标轴上看,我们要测量的距离是沿着x轴的,所以从“参考距离”菜单中选择“沿着x轴”。请注意,“参考距离”(reference distance)字段已设置为0.2 m(平铺的宽度),并且出现了一个新控件

指定参考距离

从原点到x轴方向的虚线表示参考距离是沿着该轴测量的。短的红色线段是参考距离控制柄,可以通过拖动来指定参考距离。在本例中,它们的位置使参考距离等于平铺的宽度。

主要观点

想象一条光线直接穿过相机镜头的中间。射线击中传感器(或胶片)的点是主要点。这一点通常与图像的中点重合。在某些情况下,例如,如果图像被不对称裁剪,则主点可能位于其他位置。如果位置已知,则从“主点”菜单中选择“手动”,并将黄色控制点拖动到主点的位置。

手动指定的主点(橙色控制点)

如果位置未知(并且您不处于单消失点模式),则可以在第三个垂直方向上给定一个消失点来计算它。从“主点”菜单中选择“从第三个消失点”将显示第三个消失点控件。一旦指定了第三个消失点,计算出的主点将显示为黄色圆。除非控制点移动过多,否则计算的主点应接近图像中点。

从第三个消失点计算的主点(橙色圆)

使用具有单个消失点的图像

单消失点校准

到目前为止,在本教程中,相机校准已经执行了基于消失点的至少两个垂直方向。但是如果一幅图像只能确定一个消失点怎么办?然后,在给定一些附加信息的情况下,仍然可以计算相机参数。要了解其工作原理,请从“设置”面板顶部的“消失点数”菜单中选择1。请注意,第二个消失点控件将更改,并且一些新设置将出现在左侧的面板中。

当只有一个消失点时,fSpy依赖于用户提供照相机的焦距第一和第二消失点之间的方向相机的焦距在“设置”面板的“相机数据”部分中指定。这个例子中的照片是用一个24毫米镜头的佳能60D拍摄的。

在单消失点模式下,第二个消失点的控制是一条直线段。该段定义了第一和第二消失点之间的方向,或者等效地,围绕第一消失点的轴的旋转。

检查结果

右侧的面板显示各种计算的相机参数。如果重新打开示例项目,您将看到焦距估计为26 mm,这非常接近24 mm的实际值。可能的误差来源包括镜头畸变和看似直角的角度可能不完全是90度。

由于blender采用左手法系,因此设置时应做如下配置

0
微信公众号: