射影变换
定义1:
射影映射是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_2x2 和x3x_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:IP2→IP2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,使得IP^2的任何一个用矢量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}⎝⎛x1′x2′x3′⎠⎞=⎣⎡h11h21h31h12h22h32h13h23h33⎦⎤⎝⎛x1x2x3⎠⎞
更简洁地表示为x′=Hxx' = Hxx′=Hx。
直线的变换:
l′=H−Tll ' = H^{-T}ll′=H−Tl
也可以写成l′T=lTH−1l ^{'T} = l^{T}H^{-1}l′T=lTH−1。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}H−1。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′=H−TCH−1 。
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=(H−1x′)TC(H−1x′)=x′(H−TCH−1)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∗′=HC∗HT。
.证明:
lTC∗l=(HTl)TC∗(HTl)=lTHC∗HTll^TC^*l=(H^Tl)^TC^*(H^Tl)=l^THC^*H^TllTC∗l=(HTl)TC∗(HTl)=lTHC∗HTl