计算深度图像中像素与相机平面的角度

Question

我有一张来自 ToF 相机 (Kinect V2) 的 z 图像。我不知道像素大小，但我知道深度图像的分辨率为 512x424。我也知道我有 70.6x60 度的 fov。

我在之前问过如何获取像素大小。在 Matlab 中，此代码如下所示。

像素越亮，物体越近。

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%Load image
depth = imread('depth_0_30_0_0.5.png');
frame_width = 512;
frame_height = 424;

horizontal_scaling = tan((70.6 / 2) * (pi/180));
vertical_scaling = tan((60 / 2) * (pi/180));

%pixel size
with_size = horizontal_scaling * 2 .* (double(depth)/frame_width);
height_size = vertical_scaling * 2 .* (double(depth)/frame_height);

图像本身是一个旋转了 30 度的立方体，可以在这里看到：。

我现在要做的是计算一个像素点到相机平面的水平角度和垂直角度到相机平面。

我试着用三角测量来做到这一点，我计算了一个像素到另一个像素的 z 距离，首先是水平方向，然后是垂直方向。我用卷积来做到这一点：

%get the horizontal errors
dx = abs(conv2(depth,[1 -1],'same'));
%get the vertical errors
dy = abs(conv2(depth,[1 -1]','same'));

之后我通过atan计算，像这样：

horizontal_angle = rad2deg(atan(with_size ./ dx));
vertical_angle = rad2deg(atan(height_size ./ dy));
horizontal_angle(horizontal_angle == NaN) = 0;
vertical_angle(vertical_angle == NaN) = 0;

返回有希望的结果，如下所示：

但是，使用像这样稍微复杂一点的图像，旋转 60° 和 30°。

返回水平和垂直角度相同的角度图像，如下所示：

将两张图片相减后，我得到了下图 - 这表明这两者之间存在差异。

所以，我有以下问题：我如何证明这个概念？数学是否正确，测试用例选择不当？两个图像中水平角和垂直角的角度差是否太近？计算有没有错误？

Answer 1

虽然我以前的代码看起来不错，但它有一个缺陷。我用较小的图像（5x5、3x3 等）对其进行了测试，发现卷积产生的差异图片 (dx,dy) 创建了一个偏移量。将差异图片（保存两个像素之间的差异）映射到像素本身是不可能的，因为差异图片比原始图片小。

为了快速修复，我进行了下采样。所以我将过滤器掩码更改为：

%get the horizontal differences
dx = abs(conv2(depth,[1 0 -1],'valid'));
%get the vertical differences
dy = abs(conv2(depth,[1 0 -1]','valid'));

并将角度函数更改为：

%get the angles by the tangent
horizontal_angle = rad2deg(atan(with_size(2:end-1,2:end-1)...
    ./ dx(2:end-1,:)))
vertical_angle = rad2deg(atan(height_size(2:end-1,2:end-1)...
    ./ dy(:,2:end-1)))

我还使用了填充函数来使角度图与原始图像大小相同。

horizontal_angle = padarray(horizontal_angle,[1 1],0);
vertical_angle = padarray(vertical_angle[1 1],0);

计算深度图像中像素与相机平面的角度

Calculate the angles of a pixel to a camera plane in a depth-image

algorithm

matlab

angle

depth-buffer

kinect