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(朱志刚的教学讲义4
5 几何运算
Geometry operations
5.0图象坐标的变换,改变空间位置(分布)
5.1二维几何变换:平移、旋转、比例p87
5.2 坐标映射和插值p84- p86, p151
5.3 快速算法p87-88
5.4三维几何变换和透视变换:平移、旋转、比例、透视p88-91
5.5图象剪贴操作p86
1.镜象(Mirror) 2.垂直镜象 3. 转置(Transpose)
4. 90?旋转(Rotation) 5. 180?旋转
2D Geometry Transformation
奇次坐标关系:(正变换,逆变换)
Scaling(Zoom in/ out)
取值:
1)=1 放大(zoom in)
2) =s=1 缩小(zoom out)
3) 0, e.g. s=-1 镜像(mirror)
Translation
图象平移,(坐标轴平移)
Rotation
图象顺时针旋转?,(坐标轴逆时针?)
组合矩阵
,刚体运动下g=h=0,k=1
一般情况下不同变换不可交换:
平移+平移可交换,旋转+旋转可交换
平移+平移不可交换,平移+比例不可交换
特例:
镜象(mirror)变换
转置(transpose)
问题:能否用一般平移、旋转、比例表示?
5.2 坐标映射和插值、
特点:生成一张逐点的2D图象
已知: I(x,y),在整数坐标上的灰度值
生成新图象:将(x,y) 处的灰度值移到新的坐标处(x, y), 但(x, y)不一定是整数值
如: x=1.2x, y=1.2y
问题:将(x,y)处的灰度值放在何处?
法1 重采样(Re-sampling)需生成区域,将非整数坐标(x, y)生成的2D网络重新按整数坐标采样。通过插值方法生成新的坐标点(整数坐标)(复杂)
法2 逆变换(Inverse Transformation)
已知:原图象:整数坐标下灰度值
过程:新图象:给定一整数值坐标(x, y)?原图象坐标(x,y)
(x,y)不一定是整数,但必落在一整数网格中,插值求出其上灰度。
原图象网格
插值方法(interpolation)
最近邻插值(Nearest Neighborhood Interpolation. NNI)
问题:有失真(放大时只重复复制,缩小时只是扔掉一些象素)
线性插值(Linear Interpolation)
? 一维情况下: 已知 处灰度,求处灰度
2D情况下
双线性插值:已知正方形网格上四点灰度,求P点灰度。
法1
在Y方向线性插值。
同理求出
在X方向插值
法2 双线性插值方程:g(x,y)=ax=by+c*y+d
step1. 由A,B,C,D四点g(x,y)求出a , b, c, d
step2. 由上式求出
曲线插值(curvilinear Interpolation)
二次插值:已知(x,y)
一维情况下
求三点坐标
计算
求
5.3快速算法(2D geometric transformation)
特点:逐点计算、逐行扫描
决定新象素到旧象素的变换矩阵
由逆变换下的平移、旋转、比例组合而成:
选择一合适的插值算法
逐行扫描生成新图象
step1. 对第i行,求第j列的旧坐标
每点只需2个加法
where 每行起点:
也只有两个加法。
Step2. 插值:
5.4 三维几何变换和透视变换;图象变形
,,
透视变换:
,
T=0时,纯旋转:
同理
化简得:
(1)
不妨设则一对点可提供2个方程,8个未知数四个点可解之。
T?0,拍摄对象为平面,
同样有(1)式的关系,4对点可完全决定一摄影变换。
围绕坐标轴旋转的情况
当沿命名轴向原点看去时,旋转以绕这轴的顺时针方向测定(坐标沿逆时针)
沿X轴以?角旋转
绕Y轴以?角旋转
绕Z轴以?角旋转
问题:
顺序能否交换?(绕同一轴?;绕不同轴X)
如何求逆交换(变换矩阵转置即可)
平移:比例
透视:
齐次表示:
从不同角度观看一平面的算法
已知: 从一个视角和焦距下平面物体的图象
求:从另一个视角和焦距下平面物体的图象
设: 物体为平面并使参考坐标系的Z平面与此平面重合,即平面的Z坐标为0。
视点,视角
摄像机坐标与参考坐标的转换关系
各摄像机的成象关系
已知,求
设则
解上面方程组即可求得与相应的空间点在参考坐标系中的坐标,
由可求它
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