圆检测(续)- RANSAC

本文介绍了RANSAC(随机抽样一致性)算法在圆检测中的应用,对比了RANSAC与霍夫变换在鲁棒性和速度上的优缺点。RANSAC通过随机抽样寻找最佳模型,能更好地处理含有大量噪声数据的情况。文章提供了实际例子,展示如何使用RANSAC检测圆,并指出在outliers比例小于50%时,得到的模型更具保证。

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继之前提到的两种方法之后,这里再列出基于RANSAC的圆检测,RANSAC(Random Sample Consensus)随机抽样一致性,略不同于霍夫圆变换那种基于投票的策略,这是一种对观测数据进行最大化模型检验的方法。下面来简单介绍一下它的原理:
1、原理
最小二乘法通常用在线性拟合参数中,但一旦最小二乘法输入的观测数据中包含有大量分散的干扰点时,它拟合出来的效果可能并不好,如可能会出现这样的情况:
least-squares-fit
可以看到,拟合出来的直线与期望有效点之间的重合率不高,也就代表着它的代价函数 Cost(m,b)=ni=1|yi(mxi

### PnP-RANSAC算法的实现和应用 #### 实现原理 PnP-RANSAC (Perspective-n-Point Random Sample Consensus) 是一种用于解决视觉里程计中的姿态估计问题的方法。该方法通过随机采样一致性来筛选出最可能正确的匹配点集,从而提高姿态估计的鲁棒性和准确性。 RANSAC 算法能够有效地处理数据中存在的异常值,在给定一组观测到的2D图像点及其对应的3D世界坐标的情况下,PnP 问题旨在找到相机的姿态参数(旋转和平移)。为了使这个过程更加稳健,通常会先利用 RANSAC 来排除错误匹配[^1]。 具体来说,对于每一轮迭代: - 随机选取最小数量的对应关系作为样本; - 使用这些样本计算初始假设的姿态解; - 测试其余所有点对当前假设的支持度,并统计内点数目; - 记录具有最多支持者的最优模型。 经过多轮这样的操作之后,最终得到的就是一个相对可靠的相机位姿估计结果。 #### 应用实例 在计算机视觉领域,PnP-RANSAC 广泛应用于机器人导航、增强现实等领域。例如,在基于单目摄像头构建的地图环境中,当已知某些特征点的世界位置时,可以采用此技术实时更新机器人的当前位置与方向[^4]。 此外,这种方法也被用来改进三维重建的质量——通过对不同视角下的同一物体进行多次观察并融合其几何信息,可以获得更精确完整的场景表示形式[^3]。 ```python import cv2 import numpy as np def pnp_ransac(kp_2d, kp_3d, camera_matrix): """ Perform PnP-RANSAC to estimate pose. :param kp_2d: List of 2D keypoints in image coordinates :param kp_3d: Corresponding list of 3D world points :param camera_matrix: Camera intrinsic matrix Returns: rvec: Rotation vector tvec: Translation vector """ success, rotation_vector, translation_vector = cv2.solvePnPRansac( objectPoints=np.array([kp_3d]), imagePoints=np.array([kp_2d]), cameraMatrix=camera_matrix, distCoeffs=None) if not success: raise ValueError('Failed to solve PnP problem') return rotation_vector.squeeze(), translation_vector.squeeze() ```
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