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图像是视觉信息表示的一种物理形式，要了解图像所携带信息的内在性质，必须了解三维景物是如何形成二维图像的几何模型，就要用适当的数学模型表征图像的形成过程。成像几何模型只与三维物体点的空间位置、摄像机焦距以及物体或摄像机相对运动参数有关，而与二维图像的强度信息无关。研究建立成像几何模型的目的就是建立真实世界(物体空间)和图像(图像空间)之间的坐标关系。摄像机参数总是相对于某种几何成像模型的，这个模型是对光学成像过程的简化。
首先我们从物理学角度上简单介绍针孔成像和透镜成像原理，然后引入机器视觉中的世界坐标系，图像坐标系和摄像机坐标系，在坐标系的基础上建立起针孔成像的数学模型，进而推导更为复杂的坐标系转换和模型的参数求取问题。
虽然实际的成像要比针孔成像模型复杂的多，但是针孔成像模型在数学上应用是非常方便的，并且对成像的近似程度往往可以接受[48]。如图3.1所示为针孔成像模型，左端的物体在右端的像平面上成像，像平面相当于一个方形盒子的一个面，在这个面的对面是针孔所在的面，针孔相当于投影的中心，针孔模型所成的像是倒像。其中平面为物体所在平面，其高度为
，
平面为针孔所在平面，
平面为像平面，
在
的成像高度为
，
到
的距离称为物距，距离表示为
。
到
的距离称为像距，也叫主距或相机常数，表示为
。因为针孔成像模型产生的像是颠倒的，为了方便，我们可以假定成的像落在针孔所在平面
的前面，即
平面上，它到针孔的距离和实际成像面到针孔的距离完全一样为
，大小和成像大小完全一样，这样假定的这个像和实际成像物体的方向都是一样的，这样在我们的分析计算中会显得更为方便，接下来本文的分析计算都是在这种情况下完成的。
.
虽然针孔成像模型简单，但是在实际中CCD摄像机成像系统采用的并不是小孔成像原理，而是透镜原理[49]。如下图为透镜成像的原理，其中
称为物距，
为像距，
称为透镜的焦距，三者关系如下：
在实际情况中，因此上式可以简化为
。这样就可以将像距近似的看作系统焦距，此时透镜模型可以近似的使用小孔成像模型来替代。接下来引入图像形成过程中所涉及到的各种坐标系。
