MVG學習筆記 8 背景和平面幾何

2021-08-31 01:12:07 字數 1890 閱讀 8335

後面的博文會講述該階段相關的內容,這是背景介紹。

本博文講述一些將使用的表示,術語和符號,為後續的博文打基礎。

射影幾何的思想和符號是分析多檢視幾何的核心

例如,使用齊次座標可以使非線性對映(例如透視投影)由線性矩陣方程表示,並且無窮遠處的點可以非常自然地表示,避免了獲取限制的尷尬必要性。

然後會介紹了二維空間的射影變換。 這些是通過透視攝像機拍攝平面時產生的變換。 本次博文具有介紹性的性質,會介紹關於為三維空間的幾何設定場景的知識。 大多數概念在2d中比在3d中更容易理解和視覺化。 引入了射影變換的變體,包括仿射變換和相似變換。 特別將焦點集中在從透檢視像恢復仿射屬性(例如平行線)和度量屬性(例如線之間的角度)。

接下來會介紹了三維空間的射影幾何。 這種幾何形狀的發展方式與二維空間的幾何形狀大致相同,但當然附加尺寸會產生額外的特性。 這裡的主要新幾何是無窮遠平面和絕對二次曲線。

接下來的系列會介紹了影象測量的幾何估計,這是本系列部落格的主要論述點之一。 從點對應估計射影變換的例子用於說明將在整個博文中使用的演算法的基礎和動機。 會詳細描述應該在成本函式中最小化的重要問題,例如: 代數或幾何或統計測量。 還會介紹了魯棒估計的思想,以及這些技術在自動變換估計中的應用。

接著描述了如何評估估計演算法的結果。 特別是如何計算估計的協方差。

先要介紹了理解本系列所涉及資料所需的主要幾何思想和符號。 這些想法中的一些是相對熟悉的,例如消失點(滅點,消影點,vanishing point)形成或表示二次曲線,而其他想法更深奧,例如使用虛圓點來消除影象的透視失真。 在平面(2d)情況下可以更容易地理解這些想法,因為它們在這裡更容易視覺化。 三維空間的幾何形狀是後面部分涉及,它只是對這個平面情況的簡單概括。

特別是,本章涵蓋了平面投影變換的幾何形狀。 這些變換模擬了當透視攝像機對平面進行成像時出現的幾何失真。 在透視成像下,保留了某些幾何特性,例如共線性(直線被成像為直線),而其它的不是,例如,平行線通常不被成像為平行線。 投影幾何模型對該成像進行建模,並且還提供適合於計算的數學表示。

系列博文會介紹涵蓋了平面射影變換的幾何形狀。 這些變換模擬了當透視攝像機對平面進行成像時出現的幾何失真。 在透視成像下,保留了某些幾何特性,例如共線性(直線被成像為直線),而其它的不是,例如,平行線通常不被成像為平行線。 射影幾何模型對該成像進行建模,並且還提供適合於計算的數學表示。

我們首先描述齊次座標符號中點,線和二次曲線的表示,以及這些實體如何在投影變換下進行對映。 引入無窮遠處的線和虛圓點,並且示出了這些線捕獲平面的仿射和度量屬性。 然後給出用於校正平面的演算法,其使得能夠從影象計算仿射和度量屬性。 我們以射影變換下的固定點描述結束。

平面幾何的基本概念對於即使在初級階段也學過數學的人來說都是熟悉的。 事實上,它們是我們日常生活的一部分,我們認為它們是理所當然的。 在初級階段,幾何是對點和線及其關係的研究。

或許你總學過一元二次方程組,甚至簡單來說畫過關於y=2

xy=2x

y=2x

的影象

對於純粹主義者來說,幾何學的研究應該從「幾何」或無座標的觀點來適當地進行。在這種方法中,定理僅用幾何原語來陳述和證明,而不使用代數。 歐幾里得的經典方法就是這種方法的乙個例子。

然而,自笛卡爾以來,已經看到幾何學可以被代數化,並且實際上幾何學理論可以從代數觀點發展而來。

在博文內使用的方法將是一種混合方法,有時使用幾何,有時使用代數方法。

在代數方法中,幾何實體用座標和代數實體來描述。

例如,在某些座標基礎上用向量識別點。線也用向量標識,圓錐曲線(conic section或conic)由對稱矩陣表示。

實際上,我們經常使用這種識別使得我們認為向量實際是乙個點,或者對稱矩陣是乙個二次曲線,至少在語言上十分便利。

幾何的代數方法的顯著優點是以這種方式匯出的結果可以更容易地用於推導演算法和實際的計算方法。計算和演算法是博文關注點之一,它證明了代數方法的使用是正確的。

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