计算机图形学报告仿射变换最小二乘法

1、计算机图形学报告仿射变换最小二乘法姓名：班级：学号：仿射变换的定义仿射变换（Affine Transformation或 Affine Map），是指在几何中，一个向量空间进行一次线性变换并接上一个平移，变换为另一个向量空间。一个对向量平移一般可用如下公式表示：等价于：仿射变换可以由以下基本变换复合而成：平移（Translation）、缩放（Scale）、翻转（Flip）、旋转（Rotation）和错切（Shear），这些基本的变换如下图1表示：图1下图2中变换矩阵将原坐标(x, y)变换为新坐标(x', y')图2最小二乘法最小二乘法（又称最小平

2、方法）是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。这是一个示例：某次实验得到了四个数据点 ：、（图3红色的点）。我们希望找出一条和这四个点最匹配的直线 ，即找出在某种“最佳情况”下能够大致符合如下超定线性方程组的 和 ： 图3最小二乘法采用的手段是尽量使得等号两边的方差最小，也就是找出这个函数的最小值：最小值可以通过对 分别求 和 的偏导数，然后使它们等于零得到。 如此就得到了一个只有两个未知数的方程组，很容易就可以解出： 也就是说直线 是最佳的。仿射变换最小二乘法景物在成像过程中产生的扭曲，会使图像的比例失调，可用仿射变换来校正各种畸变。而仿射变换的参数可以用最小二乘

3、法进行估算。设原图像为f(x,y)，畸变后的图像为F(X',Y')，要将F(X',Y')恢复为f(x,y)，就是要找到(X',Y')坐标与(x,y)坐标的转换关系，这个转换关系称为坐标变换，表示为(x,y)=T(X',Y')。景物在成像过程中产生的扭曲，会使图像的比例失调，可用仿射变换来校正各种畸变。先计算出坐标变换的系数，仿射变换的表达式为:R(x)=Px+Q, x=(x,y)是像素的平面位置，P是2*2的旋转矩阵，Q是2*1的平移向量，P、Q即为仿射变换参数，即：x= AX' + BY' + Cy= DX

4、9; + EY' + F因此，几何畸变的校正归根结底为坐标转换系数A,B,C,D,E,F的求解。为了防止出现空像素，一般采用反向映射，由最小二乘法得(matlab)：vec1 = inv(X Y I'*X Y I)*X Y I'*U;vec2 = inv(X Y I'*X Y I)*X Y I'*V;其中vec1A B C' vec2 =D E F' X Y U V I分别是x，y，X', Y', 1构成的向量。最小二乘法估计就是估计原始坐标点与经过变换后的坐标点之间的关系

5、，从通过这种关系进行矫正图像，大体步骤如下：通过最小二乘法估算出变换矩阵建立超线性方程组取几个像素点，包括变换前变换后的坐标信息应用对于处理图形畸变上，最小二乘仿射变换可以通过处理畸变的图形，还原图像原始形状。另外，在测绘方面，最小二乘与仿射变换有着巨大的应用价值。文献7给出了一种不同坐标系统间转换的方法，在不同的地图坐标系中，使用最小二乘与仿射变换求取变换矩阵，完成坐标系间的转换。文献8则是研究地图数字化扫描的问题，使用最小二乘与仿射变换解决因分辨率、扫描设备带来的地图扫描不精确的问题。参考资料1 百度百科.仿射变换. 2013.09.172 wiki百科.仿射变换.仿射变换 2014.09.133 ChenLee_1.仿射变换. 2012.05.074 wiki百科.最小二乘法. 最小二乘法 2014.11.115 百度百科.超定线性. 2011.01.206 fengbingchun.在图像变换中用最小二乘法求解仿射变换参. 2010.10.277 孔建, 姚宜斌, 许双安. 整体最小二乘求取坐标转换参数J. 大地测量与地球动力