Multiple View Geometry(多视图几何)学习笔记(2)—射影变换

本文介绍了射影变换的概念及其在几何不变性中的应用。包括射影映射的定义、射影变换矩阵的表达形式,以及如何通过矩阵变换实现点、直线和二次曲线的变换。

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                射影变换

定义1:
  射影映射IP2IP^2IP2到它自身的一种满足下列条件的可逆映射h:h :h:三点x1x_1x1, x2x_2x2x3x_3x3 共线当且仅当h(x1),h(x2),h(x3)h ( x_1 ), h ( x_2 ), h ( x_3 )h(x1),h(x2),h(x3)也共线。射影映射也称为保线变换 ,或射影变换或单应 ( homography )

定理1:
  映射h:IP2→IP2h: IP^2→IP^2h:IP2IP2是射影映射的充要条件是: 存在一个 3X3 非奇异矩阵$ H,使得, 使得使IP^2的任何一个用矢量的任何一个用矢量x表示的点都满足表示的点都满足h (x) = Hx。
定义2 射影变换:
  平面射影变换是关于齐次 3 维矢量的一种线性变换,并可用一个非奇异 3x3 矩阵HHH表示为 :
(x1′x2′x3′)=[h11h12h13h21h22h23h31h32h33](x1x2x3)\begin{pmatrix} x_{1}^{'}\\ x_{2}^{'}\\ x_{3}^{'} \end{pmatrix}=\begin{bmatrix} h_{11} & h_{12} & h_{13}\\ h_{21}& h_{22} & h_{23}\\ h_{31}& h_{32} & h_{33} \end{bmatrix}\begin{pmatrix} x_{1}\\ x_{2}\\ x_{3} \end{pmatrix}x1x2x3=h11h21h31h12h22h32h13h23h33x1x2x3

更简洁地表示为x′=Hxx' = Hxx=Hx

直线的变换:
l′=H−Tll ' = H^{-T}ll=HTl

  也可以写成l′T=lTH−1l ^{'T} = l^{T}H^{-1}lT=lTH1。直线和点变换的基本区别在于点变换依据HHH,而直线(视为行矢量)变换则依据 H−1H^{-1}H1。称点变换为逆变而线变换为协变

二次曲线的变换

结论1 : 在点变换x′=Hxx' = Hxx=Hx下 ,二次曲线 CCC变换为C′=H−TCH−1C' = H^{-T}CH^{-1}C=HTCH1
证明:
xTCx=(H−1x′)TC(H−1x′)=x′(H−TCH−1)x′x^TCx = (H^{-1}x')^TC(H^{-1}x')=x'(H^{-T}CH^{-1})x'xTCx=(H1x)TC(H1x)=x(HTCH1)x

结论2  在点变换x′=Hxx' = Hxx=Hx下,对偶二次曲线 C∗C^*C变换为C∗′=HC∗HTC^{*'} = HC^* H^TC=HCHT
.证明:
lTC∗l=(HTl)TC∗(HTl)=lTHC∗HTll^TC^*l=(H^Tl)^TC^*(H^Tl)=l^THC^*H^TllTCl=(HTl)TC(HTl)=lTHCHTl

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