仿射變換和射影變換 等距變換 相似變換

2021-08-16 19:42:00 字數 1829 閱讀 6945

參考:

射影變換組成了乙個群,這個群被稱為射影變換群,n×n可逆實矩陣稱為一般線性群gl(n),當把相差非零純量因子的矩陣都視為等同時,便得到射影對映群,記為pl(n)。在平面,射影變換為pl(3)

射影變換在平面的變換矩陣形式如下,也就是乙個3×3的矩陣。

其中當上面矩陣的最後一行為(0,0,1)時的變換就為仿射變換,在仿射的前提下,當左上角2×2矩陣正交時為歐式變換,左上角矩陣行列式為1時為定向歐式變換。所以射影變換包含仿射變換,而仿射變換包含歐式變換。

至此我們得到了射影變換和仿射變換的關係。

我們將上面的矩陣分成幾個部分,如下:

其中大矩形中的4個元素組成的整體表示線性變換,比如scaling(尺度),shearing(剪下)和ratotion(旋轉);橢圓部分表示平移的引數,乙個確定在x方向上的平移乙個確定在y方向上的平移;小矩形部分用於產生透視變換。從這裡所以可以理解成仿射等是透視變換的特殊形式。

仿射變換主要包括平移變換、旋轉變換、縮放變換(也叫尺度變換)、傾斜變換(也叫錯切變換、剪下變換、偏移變換)、翻轉變換有六個自由度

下面具體展示一下各個變換的變換矩陣的形式:

仿射變換保持二維圖形的「平直性」和「平行性」,但是角度會改變。

「平直性」:變換後直線還是直線、圓弧還是圓弧。

「平行性」:平行線還是平行線,直線上點的位置順序不變。

它有6個自由度,即旋轉4個,也就是前述大矩形的4個元素都可以同時改變,x方向平移,y方向平移。它能保持平行性,不能保持垂直性,image中各部分變換前後面積比保持不變,共線線段或者平行線段的長度比保持不變,向量的線性組合不變。

在這裡需要明晰一下的是,透視變換(perspective transformation)也稱作投影變換(projective transformation)、射影變換。

射影變換:是最一般的線性變換。有8個自由度。

射影變換保持重合關係和交比不變。但不會保持平行性。即它會使得仿射變換產生非線性效應。

等距變換相當於是平移變換和旋轉變換的復合,用r表示變換矩陣,即為

左上角2×2矩陣為旋轉部分,tx和ty為平移因子,它有三個自由度,即旋轉,x方向平移,y方向平移。等距變換前後長度,面積,線段之間的夾角都不變。

相似變換相當於是等距變換和均勻縮放的乙個復合,用s表示變換矩陣,即為

左上角2×2矩陣為旋轉部分,tx和ty為平移因子,它有4個自由度,即旋轉,x方向平移,y方向平移和縮放因子s。相似變換前後長度比,夾角,虛圓點i,j保持不變。相似變換其實與相似三角形之間是有類似的。

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