[Tools: Camera Conventions] NeRF中的相机矩阵估计

news2024/10/7 12:26:48

参考:NeRF代码解读-相机参数与坐标系变换 - 知乎

  • 在NeRF中,一个重要的步骤是确定射线(rays)的初始点方向
  • 根据射线的初始点和方向,和设定射线深度和采样点数量,可以估计该射线成像的像素值。
  • 估计得到的像素值,在训练中用于计算损失更新参数,在测试中用于渲染图像。

相机矩阵包含内参和外参矩阵:

  • 计算相机坐标系在图片坐标系中的坐标:相机内参矩阵;
  • 计算世界坐标系在相机坐标系中的坐标:相机外参矩阵。

确定射线的初始点和方向,通常是上述过程的逆过程,通常包含两个步骤:

  • 计算图片坐标系在相机坐标系中的坐标;
  • 计算相机坐标系在世界坐标系中的坐标:c2w矩阵。

目录

1. 计算c2w矩阵

2. 根据相机内参,计算射线在相机坐标系下的方向

3. 根据c2w矩阵和相机坐标系下的方向,计算射线在世界坐标系下的方向和初始位置


1. 计算c2w矩阵

在NeRF中,通常使用相机外参矩阵的逆矩阵,也即:camera-to-world (c2w)矩阵。c2w矩阵左乘相机坐标系下的坐标,即可得到世界坐标系下的坐标。给定世界坐标系和相机坐标系,可以计算c2w矩阵:

以上图的世界坐标系和NeRF中使用的相机坐标系为例:

  1. 根据给定的相机的elevation, azimuth和camera_distance,计算相机在世界坐标系下的坐标
  2. 根据相机在世界坐标系下的坐标,计算相机的朝向
  3. 根据相机在世界坐标系下的坐标和朝向(X_C, Y_C, Z_C),组成c2w矩阵。

# elevation: X_W -> Y_W
# azimuth: X_w -> Z_W
# camera_distance: 相机距离原点的距离
# camera_position的顺序是(x, y, z)

camera_positions = torch.stack(
    [
        camera_distance * torch.cos(elevation) * torch.cos(azimuth),
        camera_distance * torch.sin(elevation),
        camera_distance * torch.cos(elevation) * torch.sin(azimuth),
    ],
    dim=-1,
)
# default scene center at origin
center = torch.zeros_like(camera_positions)
# default camera up direction as +z
up = torch.as_tensor([0, 1, 0], dtype=torch.float32)
# fovy = torch.tensor(fovy_deg * math.pi / 180, dtype=torch.float32)

lookat = F.normalize(center - camera_positions, dim=-1)
right = F.normalize(torch.cross(lookat, up), dim=-1)
up = F.normalize(torch.cross(right, lookat), dim=-1)
# default setting
c2w3x4 = torch.cat(
    [torch.stack([right, up, -lookat], dim=-1), camera_positions[:, None]],
    dim=-1,
)

c2w = torch.cat(
    [c2w3x4, torch.zeros_like(c2w3x4[:1])], dim=0
)
c2w[3, 3] = 1.0

2. 根据相机内参,计算射线在相机坐标系下的方向

之后根据fovy/focal length,以及图片height和width确定相机内参矩阵(没有标准化):

def get_ray_directions(
        H: int,
        W: int,
        focal: Union[float, Tuple[float, float]],
        principal: Optional[Tuple[float, float]] = None,
        use_pixel_centers: bool = True,
) -> Float[Tensor, "H W 3"]:
    """
    Get ray directions for all pixels in camera coordinate.
    Reference: https://www.scratchapixel.com/lessons/3d-basic-rendering/
               ray-tracing-generating-camera-rays/standard-coordinate-systems

    Inputs:
        H, W, focal, principal, use_pixel_centers: image height, width, focal length, principal point and whether use pixel centers
    Outputs:
        directions: (H, W, 3), the direction of the rays in camera coordinate
    """
    pixel_center = 0.5 if use_pixel_centers else 0

    if isinstance(focal, float):
        fx, fy = focal, focal
        cx, cy = W / 2, H / 2
    else:
        fx, fy = focal
        assert principal is not None
        cx, cy = principal

    i, j = torch.meshgrid(
        torch.arange(W, dtype=torch.float32) + pixel_center,
        torch.arange(H, dtype=torch.float32) + pixel_center,
        indexing="xy",
    )

    directions: Float[Tensor, "H W 3"] = torch.stack(
        [(i - cx) / fx, -(j - cy) / fy, -torch.ones_like(i)], -1
    )

    return directions

# 相机内参矩阵
intrinsic = torch.tensor([
    [focal_length * width, 0, 0.5 * width], 
    [0, focal_length * height, 0.5 * height], 
    [0, 0, 1]]
)

# 计算射线方向
directions = get_ray_directions(
            height, width,
            (intrinsic[0, 0], intrinsic[1, 1]),
            (intrinsic[0, 2], intrinsic[1, 2]),
            use_pixel_centers=False)

3. 根据c2w矩阵和相机坐标系下的方向,计算射线在世界坐标系下的方向和初始位置

def get_rays(
        directions: Float[Tensor, "... 3"],
        c2w: Float[Tensor, "... 4 4"],
        keepdim=False,
        noise_scale=0.0,
) -> Tuple[Float[Tensor, "... 3"], Float[Tensor, "... 3"]]:
    # Rotate ray directions from camera coordinate to the world coordinate
    assert directions.shape[-1] == 3

    if directions.ndim == 2:  # (N_rays, 3)
        if c2w.ndim == 2:  # (4, 4)
            c2w = c2w[None, :, :]
        assert c2w.ndim == 3  # (N_rays, 4, 4) or (1, 4, 4)
        rays_d = (directions[:, None, :] * c2w[:, :3, :3]).sum(-1)  # (N_rays, 3)
        rays_o = c2w[:, :3, 3].expand(rays_d.shape)
    elif directions.ndim == 3:  # (H, W, 3)
        assert c2w.ndim in [2, 3]
        if c2w.ndim == 2:  # (4, 4)
            rays_d = (directions[:, :, None, :] * c2w[None, None, :3, :3]).sum(
                -1
            )  # (H, W, 3)
            rays_o = c2w[None, None, :3, 3].expand(rays_d.shape)
        elif c2w.ndim == 3:  # (B, 4, 4)
            rays_d = (directions[None, :, :, None, :] * c2w[:, None, None, :3, :3]).sum(
                -1
            )  # (B, H, W, 3)
            rays_o = c2w[:, None, None, :3, 3].expand(rays_d.shape)
    elif directions.ndim == 4:  # (B, H, W, 3)
        assert c2w.ndim == 3  # (B, 4, 4)
        rays_d = (directions[:, :, :, None, :] * c2w[:, None, None, :3, :3]).sum(
            -1
        )  # (B, H, W, 3)
        rays_o = c2w[:, None, None, :3, 3].expand(rays_d.shape)

    # add camera noise to avoid grid-like artifect
    # https://github.com/ashawkey/stable-dreamfusion/blob/49c3d4fa01d68a4f027755acf94e1ff6020458cc/nerf/utils.py#L373
    if noise_scale > 0:
        rays_o = rays_o + torch.randn(3, device=rays_o.device) * noise_scale
        rays_d = rays_d + torch.randn(3, device=rays_d.device) * noise_scale

    rays_d = F.normalize(rays_d, dim=-1)
    if not keepdim:
        rays_o, rays_d = rays_o.reshape(-1, 3), rays_d.reshape(-1, 3)

    return rays_o, rays_d
rays_o, rays_d = get_rays(directions, c2w.unsqueeze(0), keepdim=True)

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/800234.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

Live Market:中国“一带一路”十周年,品牌出海跨境电商成为新引擎

​中国提出的“一带一路”倡议已经迎来10周年。高质量共建“数字丝绸之路”是这一倡议的重点方向,能够巩固互联互通合作基础、拓展国际合作新空间、扎牢风险防控网络,实现更高合作水平、更高投入效益、更高供给质量、更高发展韧性,推动共建“…

Python教程三:Python基本概念

1、Python基本语法 Python中严格区分大小写Python中每一行就是一条语句,每条语句以换行结束每一行语句不建议过长(一般不建议超过80个字符)一条语句可以多行编写,语句后加\结尾Python是缩进严格的语言,所以在Python中…

简单认识NoSQL的Redis配置与优化

文章目录 一、关系型数据库与非关系型数据库1、关系型数据库:2、非关系型数据库3、关系型数据库和非关系型数据库区别:4、非关系型数据库应用场景 二.Redis1、简介2、优点:3、Redis为什么这么快? 三、Redis 安装部署1、安装配置2、…

IDEA配置maven3.6.1时报错: 不支持发行版本 5 或 java: 不再支持源选项 5。请使用 7 或更高版本。

环境:Win10 IDEA 2022.3.3,JDK16,配置maven3.6.1 生成工程后,运行程序,结果报错如下: 不支持发行版本 5 好,此时更改以下选项: 此处我改为16,因为我的JDK是16版本的…

C#实现数字验证码

开发环境:VS2019,.NET Core 3.1,ASP.NET Core API 1、建立一个验证码控制器 新建两个方法Create和Check,Create用于创建验证码,Check用于验证它是否有效。 声明一个静态类变量存放列表,列表中存放包含令…

【论文阅读】定制化diffusion微调: DreamBooth原理

论文:DreamBooth: Fine Tuning Text-to-Image Diffusion Models for Subject-Driven Generation 项目:DreamBooth: Fine Tuning Text-to-Image Diffusion Models for Subject-Driven Generation 代码:Dreambooth-Stable-Diffusion 1. 任务简…

8. Spring Boot 日志文件

目录 1. 日志的作用 2. 如何使用日志 3. 自定义日志打印 3.1 获取日志对象 3.2 设置打印的内容 3.3 常见的日志框架 3.4 日志格式说明 4. 日志级别 4.1 日志级别的作用 4.2 日志级别的分类 4.3 日志级别的使用 4.4 设置日志级别 4.5 分目录设置日志级别 5. 日志…

达梦数据库-下载安装、基本操作及报错处理

下载安装 懒得记官网直接上网搜 产品下载-达梦数据 里面我是按图选择的Dm8 X86 Win64 下载完成后 解压 得到两个文件,打开上面这个ISO文件 打开安装包 setup.exe 这里默认选择中国时间 根据指示一步一步安装即可 选择刚刚安装的DM管理工具即可进入 基本操作 -- 获取所有…

SOLIDWORKS PDM只读文件的处理方法

如果用户检出一个文件,该文件在 SolidWorks 或其他应用程序中仍然以只读形式装入,最常见的原因包括: 1. 核实正在检出的文件尚未在现有 SolidWorks 进程中以只读方式打开。 这是一个常见错误,用户已经在 SolidWorks 打开了装配体…

MySQL界面客户端及高级的复杂查询

十五、MySQL界面客户端 十六、高级的复杂查询 1、查询去重 2、分组查询 gender和name没有同时相同的,相当于没分组 3、别名的使用 4、分组后的筛选 5、排序 6、分页 7、查询的顺序

Vue源码学习 - 异步更新队列 和 nextTick原理

目录 前言一、Vue异步更新队列二、nextTick 用法三、原理分析四、nextTick 源码解析1)环境判断2)nextTick() 五、补充 前言 在我们使用Vue的过程中,基本大部分的 watcher 更新都需要经过 异步更新 的处理。而 nextTick 则是异步更新的核心。…

【能量管理系统( EMS )】基于粒子群算法对光伏、蓄电池等分布式能源DG进行规模优化调度研究(Matlab代码实现)

💥💥💞💞欢迎来到本博客❤️❤️💥💥 🏆博主优势:🌞🌞🌞博客内容尽量做到思维缜密,逻辑清晰,为了方便读者。 ⛳️座右铭&a…

基于量子同态加密的安全多方凸包协议

摘要安全多方计算几何(SMCG)是安全多方计算的一个分支。该协议是为SMCG中安全的多方凸包计算而设计的。首先,提出了一种基于量子同态加密的安全双方值比较协议。由于量子同态加密的性质,该协议可以很好地保护量子电路执行过程中数据的安全性和各方之间的…

分享一套功能齐全的免费开源MES系统

万界星空科技的开源MES功能: 1、基础数据管理: 2、质量管理: 质检项目维护,根据物料或者型号管理质检项目。检验页面,抽检确认。 3、工艺文件管理 :工艺参数,BOM文件,导入导出 报表&…

【树莓派入门】

一、镜像烧录 烧录器:Raspberry Pi Imager 下载链接:树莓派镜像烧录器下载 创建 ssh 文件 手动创建一个空白记事本.txt文件,命名为ssh,重命名,删掉.txt扩展名。将这个文件放入SD卡的boot盘中 wpa_supplicant.conf …

电流源电路

3.3.3电流源电路 镜像电流源 电路 分析 仿真 比例电流源 电路 分析 仿真 加射极输出器的电流源1 电路 分析 仿真 加射极输出器的电流源2 电路 分析 仿真 威尔逊电流源 电路 分析 仿真

Docker 全栈体系(八)

Docker 体系(高级篇) 六、Docker轻量级可视化工具Portainer 1. 是什么 Portainer 是一款轻量级的应用,它提供了图形化界面,用于方便地管理Docker环境,包括单机环境和集群环境。 2. 安装 官网 https://www.portain…

QTday3消息弹框/计时器

闹钟小软件 widget.cpp #ifndef WIDGET_H #define WIDGET_H#include <QWidget> #include <QDebug> #include <QPushButton> #include <QLabel> #include <QTimer> #include <QTimerEvent> #include <QTime> #include <QMessageB…

版本适配好帮手 Android SDK Upgrade Assistant / Android Studio Giraffe新功能

首先是新版本一顿下载↓&#xff1a; Download Android Studio & App Tools - Android Developers 在Tools中找到Android SDK Upgrade Assistant 可以在此直接查看SDK升级相关信息&#xff0c;不用跑到WEB端去查看了。 例如看一下之前经常要对老项目维护的android 12蓝牙…

umy-ui树形结构表格懒加载用法详解

效果图 在做后台时&#xff0c;使用的iview组件库中的树形表格&#xff0c;但数据量过大时会导致页面卡死&#xff0c;借助umy-ui的虚拟表格完美解决了数据量大卡顿的问题。 先放文档&#xff1a;http://www.umyui.com/umycomponent/u-table-column-api 安装 npm install u…