射影變換下的不動點與直線

2021-01-08 圖像那些式兒

#視覺slam與三維重建#

由l∞和虛圓點的例子,我們已經知道點和直線在射影變換下可能是不動的,本節將對該思想做更徹底的研究。

1.不動點與直線的代數表示

假設變換矩陣為H,不動點為e,則有:

He=λe (1)

同理對於不動直線l則有:

HTl=λl (2)

一個3x3矩陣有3個特徵值,如果特徵值互不相同,則該射影變換下最多有三個不動點,類似的推導適用於不動直線。

不動點與不動直線的關係在圖1中顯示,注意直線的不動是集合不動而非點點不動,即直線上的一點被映射到直線上的另一點,這兩點一般不同。

圖1,平面射影變換的不動點和直線,這裡有三個不動點和過這三點的不動直線,不動直線和不動點可能是復的。

考慮一種特殊情況:射影變換H的特徵值λ2=λ3

假定對應於λ2,λ3的特徵矢量分別為e2,e3,則由點x = αλ2e2 + βλ3e3的直線為點點不動直線,因為:

Hx = αλ2e2 + βλ3e3 = λ2x

2.射影變換子群中的不動點與直線

接下來討論下射影變換子群中的不動點和直線,仿射變換以及比他更特殊的變換有三個特徵矢量,其中兩個是理想點(x3=0)並且對應於變換矩陣H中的左上角2x2矩陣的特徵矢量,另外一個特徵矢量通常是有限矢量。

歐式矩陣

三個不動點是虛圓點I,J和極點,分別對應的特徵值是:

其中θ是選裝角,歐氏變換等價於繞極點轉角為θ的純旋轉。

一種特殊的情況是純平移(θ=0),這時特徵值三重退化,無窮遠線點點不動,具有一束過點(tx,ty,0)T的不動直線,該點對應於平移方向,因此平行於t的直線是不動的。

相似矩陣

其中的兩個不動點仍然是虛圓點,特徵值是:

相似變換可以理解為繞它的有限不動點的旋轉和去s為因子的均勻縮放,注意虛圓點的特徵值仍然表示轉角

仿射矩陣

兩個不動理想點可以是實或復共軛的,但在任何一種情況下,過這些點的不動直線l∞=(0,0,1)T是實的。

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