OpenGL/VTK：设置相机内在参数答案

【问题标题】：OpenGL/VTK: setting camera intrinsic parametersOpenGL/VTK：设置相机内在参数
【发布时间】：2013-08-03 21:24:01
【问题描述】：

我正在尝试在 VTK 中渲染 3D 网格的视图，我正在执行以下操作：

vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> render_win = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();

render_win->AddRenderer(renderer);   
render_win->SetSize(640, 480);

vtkSmartPointer<vtkCamera> cam = vtkSmartPointer<vtkCamera>::New();

cam->SetPosition(50, 50, 50);
cam->SetFocalPoint(0, 0, 0);
cam->SetViewUp(0, 1, 0);
cam->Modified();

vtkSmartPointer<vtkActor> actor_view = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();

actor_view->SetMapper(mapper);
renderer->SetActiveCamera(cam);
renderer->AddActor(actor_view);

render_win->Render();

我正在尝试从经过校准的 Kinect 模拟渲染，我知道它的内在参数。如何设置 vtkCamera 的内在参数（焦距和主点）。

我希望这样做，以便 2d 像素 - 3d 相机坐标与从 kinect 拍摄的图像相同。

【问题讨论】：

标签： c++ opengl graphics vtk camera-calibration

【解决方案1】：

希望这将有助于其他尝试将标准针孔相机参数转换为 vtkCamera 的人：我创建了一个要点，展示了如何进行完全转换。我验证了世界点投影到渲染图像中的正确位置。 gist 中的关键代码粘贴在下面。

要点：https://gist.github.com/decrispell/fc4b69f6bedf07a3425b

  // apply the transform to scene objects
  camera->SetModelTransformMatrix( camera_RT );

  // the camera can stay at the origin because we are transforming the scene objects
  camera->SetPosition(0, 0, 0);
  // look in the +Z direction of the camera coordinate system
  camera->SetFocalPoint(0, 0, 1);
  // the camera Y axis points down
  camera->SetViewUp(0,-1,0);

  // ensure the relevant range of depths are rendered
  camera->SetClippingRange(depth_min, depth_max);

  // convert the principal point to window center (normalized coordinate system) and set it
  double wcx = -2*(principal_pt.x() - double(nx)/2) / nx;
  double wcy =  2*(principal_pt.y() - double(ny)/2) / ny;
  camera->SetWindowCenter(wcx, wcy);

  // convert the focal length to view angle and set it
  double view_angle = vnl_math::deg_per_rad * (2.0 * std::atan2( ny/2.0, focal_len ));
  std::cout << "view_angle = " << view_angle << std::endl;
  camera->SetViewAngle( view_angle );

【讨论】：

感谢您的回答！我花了一周的时间试图让 vtk 相机看到我希望用针孔相机看到的一样，我几乎得到了正确的结果，但总是有一些不同。让相机静止并移动场景效果很好！

【解决方案2】：

我也在使用 VTK 来模拟来自 kinect 传感器的视图。我正在使用 VTK 6.1.0。我知道这个问题很老，但希望我的回答可以帮助其他人。

问题是我们如何设置投影矩阵来将世界坐标映射到剪辑坐标。有关这方面的更多信息，请参阅OpenGL explanation.

我使用透视投影矩阵来模拟 kinect 传感器。要控制内部参数，您可以使用 vtkCamera 的以下成员函数。

double fov = 60.0, np = 0.5, fp = 10; // the values I use
cam->SetViewAngle( fov );             // vertical field of view angle
cam->SetClippingRange( np, fp );      // near and far clipping planes

为了让您了解它的外观。我有一个old project，我完全在 C++ 和 OpenGL 中完成了它，我在其中设置了类似于我描述的透视投影矩阵，抓取 z 缓冲区，然后将这些点重新投影到我从不同相机查看的场景上. （可视化的点云看起来很嘈杂，因为我也模拟了噪声）。

如果您需要不是透视风格的自定义投影矩阵。我相信是：

cam->SetUserTransform( transform );  // transform is a pointer to type vtkHomogeneousTransform

但是，我没有使用 SetUserTransform 方法。

【讨论】：

【解决方案3】：

这个线程对我在 VTK 中设置相机内在函数非常有用，尤其是 decrispell 的回答。然而，为了完整起见，缺少一种情况：如果 x 和 y 方向上的焦距不相等。这可以通过使用 SetUserTransform 方法轻松添加到代码中。以下是python中的示例代码：

 cam = self.renderer.GetActiveCamera()
 m = np.eye(4)
 m[0,0] = 1.0*fx/fy
 t = vtk.vtkTransform()
 t.SetMatrix(m.flatten())
 cam.SetUserTransform(t)

其中 fx 和 fy 是以像素为单位的 x 和 y 焦距，即固有相机矩阵的两个第一个诊断元素。 np 是 numpy 导入的别名。

这是一个在 python 中显示完整解决方案的要点（为简单起见，没有外在）。它在给定的 3D 位置放置一个球体，在设置相机内部函数后将场景渲染为图像，然后在球体中心在图像平面上的投影处显示一个红色圆圈：https://gist.github.com/benoitrosa/ffdb96eae376503dba5ee56f28fa0943

【讨论】：