camera model

نماذج الكاميرا في أنظمة الرؤية المجسمة: فهم هندسة الرؤية

في مجال رؤية الكمبيوتر، وخاصة في أنظمة الرؤية المجسمة، يلعب نموذج الكاميرا دورًا حاسمًا في الفهم الدقيق وتفسير العالم ثلاثي الأبعاد من الصور ثنائية الأبعاد التي تلتقطها الكاميرات. فهو يشمل كلًا من الخصائص الهندسية والفيزيائية للكاميرات، مما يسمح بإجراء حسابات دقيقة وإعادة بناء المشاهد ثلاثية الأبعاد.

فهم نموذج الكاميرا

يوفر نموذج الكاميرا، في جوهره، تمثيلًا رياضيًا للربط بين العالم ثلاثي الأبعاد و مستوى الصورة ثنائي الأبعاد. يتم تعريف هذا الربط بشكل نموذجي من خلال مجموعة من المعلمات التي تصف الجوانب التالية:

الميزات الهندسية:

• المعلمات الداخلية: هذه المعلمات تتعلق بالهندسة الداخلية للكاميرا، بما في ذلك:
  • البعد البؤري (f): المسافة بين عدسة الكاميرا ومستوى الصورة.
  • نقطة المركز (cx, cy): النقطة التي يلتقي فيها المحور البصري مع مستوى الصورة.
  • معاملات تشوه العدسة (k1, k2, ...): معلمات تُحسب الانحرافات عن العدسة المثالية، مثل التشوه الشعاعي.
• المعلمات الخارجية: هذه المعلمات تتعلق بموضع الكاميرا في العالم ثلاثي الأبعاد، بما في ذلك:
  • مصفوفة الدوران (R): مصفوفة 3x3 تمثل اتجاه الكاميرا بالنسبة لنظام إحداثيات العالم الثابت.
  • متجه الترجمة (t): متجه 3x1 يمثل موضع الكاميرا في نظام إحداثيات العالم.

الميزات الفيزيائية:

• دقة المستشعر: عدد البكسلات على مستشعر الكاميرا.
• حجم البكسل: الأبعاد الفيزيائية لكل بكسل.
• مجال الرؤية (FOV): مدى المشهد الذي تلتقطه الكاميرا.

الأهمية في الرؤية المجسمة

في أنظمة الرؤية المجسمة، يتم استخدام كاميرتين أو أكثر لالتقاط صور لنفس المشهد من وجهات نظر مختلفة. تلعب نماذج الكاميرا لهذه الكاميرات دورًا بالغ الأهمية في:

• تحديد الاتجاه النسبي للكاميرات: تحدد المعلمات الخارجية لكل كاميرا، على وجه التحديد مصفوفات الدوران والترجمة، الموضع والاتجاه النسبي للكاميرات في الفضاء ثلاثي الأبعاد.
• حساب الفرق بين الصور: الفرق، أو الاختلاف في موضع نقطة في الصور التي التقطتها الكاميرتان، يتناسب طرديًا مع مسافة النقطة من الكاميرات. تُستخدم نماذج الكاميرا لحساب هذا الفرق.
• إعادة بناء البنية ثلاثية الأبعاد للمشهد: من خلال الجمع بين المعلومات من نماذج الكاميرا والفرق المحسوبة، يمكن إعادة بناء إحداثيات ثلاثية الأبعاد للنقاط في المشهد، مما يسمح بإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للمشهد.

أنواع نماذج الكاميرا

تُستخدم العديد من نماذج الكاميرا المختلفة بشكل شائع في رؤية الكمبيوتر، ولكل منها نقاط قوتها وضعفها. بعض الأمثلة الشائعة تشمل:

• نموذج كاميرا الثقب الدقيق: نموذج بسيط ومستخدم على نطاق واسع يفترض عدسة مثالية بدون تشويه.
• نموذج تشوه العدسة: يُحسب التشوه الشعاعي والماس للعدسة، غالبًا ما يُستخدم في التطبيقات الواقعية حيث تكون عيوب العدسة موجودة.
• نموذج الكاميرا العام: نموذج أكثر تعقيدًا يسمح بالتشوهات غير الخطية وهندسة الكاميرا المعقدة.

خاتمة

يُعد نموذج الكاميرا مفهومًا أساسيًا في أنظمة الرؤية المجسمة، حيث يُوفر تمثيلًا رياضيًا للخصائص الهندسية والفيزيائية للكاميرات. من خلال فهم نموذج الكاميرا، يمكن للباحثين والمهندسين تحليل وتفسير المشاهد ثلاثية الأبعاد بدقة من الصور ثنائية الأبعاد التي تلتقطها الكاميرات. هذه المعرفة ضرورية لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك إعادة البناء ثلاثي الأبعاد، و التعرف على الأشياء، والملاحة الذاتية.