2D平面变换总结

1. 总览

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2. 平移变换 (Translation)

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3. 尺度变换 (Scale)

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4. 旋转变换(Rotation)

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5. 欧几里德/刚体变换 (Euclidean/Rigid)

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6. 相似性/按比例欧氏 (Similarity/Scaled Euclidean)

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7. 仿射变换(Affine)

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8. 射影变换(Projective)

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参考:CSE/EE 486: Computer Vision I Fall 2007 Course Overview

### 3D与2D平面配准的技术、实现方法及算法 #### 配准概述 3D与2D平面配准是一种常见的医学影像处理和计算机视觉任务,其目标是通过某种映射方式将三维模型投影到二维图像上,并找到两者之间的最佳匹配位置。这种技术广泛应用于手术导航、放射治疗规划以及机器人辅助医疗等领域。 --- #### 基本原理 3D-2D配准的核心在于建立三维空间中的物体与其在二维成像设备上的投影之间的一致性关系。通常采用几何约束或特征匹配的方式完成这一过程。具体来说: 1. **几何约束** 几何约束主要依赖于已知的空间变换模型来定义3D对象如何被投射至2D平面。例如透视投影模型常用于X-ray图像的生成过程中[^1]。此类模型能够表达相机内外参对最终成像的影响。 2. **特征匹配** 特征匹配则侧重提取并比较两幅不同维度图像间的显著特性点或者区域边界等局部信息作为配准依据。对于某些特定应用场景下可能还需要考虑时间序列变化因素影响下的动态调整机制[^4]。 --- #### 主要实现方法 ##### 传统方法 - **基于标记物的方法** 使用人工放置的标志点来进行初始粗略定位后再细化优化得到精确结果。这种方法简单可靠但在实际操作中有一定局限性因为需要额外准备专用工具并且可能会干扰正常临床工作流程。 - **无标记物方法** 利用自然存在的解剖结构或其他内在属性代替外部参照物完成整个注册过程更加灵活适应性强但也面临更多挑战比如噪声干扰复杂背景等问题都需要妥善解决才能获得满意效果[^2]。 ##### 深度学习驱动的新范式 近年来随着人工智能特别是深度神经网络的发展涌现出一批新型解决方案它们试图摆脱传统手工设计特征提取器路径转而让机器自动习得最能表征输入数据本质规律的知识表示形式从而提升整体性能表现水平。例如LCD工作中所提出的利用双分支自编码框架构建跨模态描述符体系并通过三元组损失函数引导训练使得系统具备更强泛化能力即使面对未见过样本也能给出合理预测。 --- #### 关键算法 1. **迭代最近点 (Iterative Closest Point, ICP)** 虽然原始版本主要用于同质型别的点云间相互逼近但对于异构情况经过适当改造后同样适用这里特别提到open3d库提供了高效便捷接口支持快速部署实验验证[^5]。 2. **最小二乘法及其变体** 当涉及刚体变换类问题时常可借助此经典数值计算手段寻求全局最优解方案尤其当待估计参数较少时收敛速度快稳定性较好易于理解掌握[^3]。 3. **贝叶斯推断相关技术** 结合先验概率分布知识引入不确定性量化概念有助于增强鲁棒性和抗噪性特别是在低信噪比条件下优势明显值得深入探索实践检验价值所在之处。 --- ```python import numpy as np from open3d import geometry, registration def icp_registration(source_points, target_points): """ Perform point-to-plane ICP registration between two sets of points. Args: source_points (np.ndarray): Source point cloud data. target_points (np.ndarray): Target point cloud data. Returns: tuple: Transformation matrix and fitness score. """ source = geometry.PointCloud() target = geometry.PointCloud() source.points = utility.Vector3dVector(source_points) target.points = utility.Vector3dVector(target_points) reg_p2l = registration.registration_icp( source, target, max_correspondence_distance=0.02, estimation_method=registration.TransformationEstimationPointToPlane(), criteria=registration.ICPConvergenceCriteria(max_iteration=100), ) return reg_p2l.transformation, reg_p2l.fitness ``` 上述代码片段展示了如何使用 Open3D 库执行简单的点到平面 ICP 注册程序。 --- #### 总结 综上所述,针对3D与2D平面配准的任务可以从多个角度切入寻找合适策略组合运用以达成预期目的无论是依托成熟理论基础的传统路线还是紧跟时代潮流趋势新兴方向均各有千秋需根据具体情况权衡利弊做出明智抉择。 ---
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