第三章投影变换与图像校正
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OpenCV图像变换⼆投影变换与极坐标变换实现圆形图像修正投影变换##在放射变换中,物体是在⼆维空间中变换的。
如果物体在三维空间中发⽣了旋转,那么这种变换就成为投影变换,在投影变换中就会出现阴影或者遮挡,我们可以运⽤⼆维投影对三维投影变换进⾏模块化,来处理阴影或者遮挡。
在OpenCV中有类似于getAffineTransform函数:getPerspectiveTransform(src,dst)函数⽤来处理计算投影变换矩阵。
与getAffineTransform函数不同的是传⼊的参数是三维空间坐标系的空间坐标,也就是4*2的⼆维ndarray,其中每⼀⾏代表⼀个坐标并且传⼊的数据类型必须为float32.⽰例:import cv2import numpy as npsrc=np.array([[0,0],[100,0],[0,100],[100,100]],np.float32)dst=np.array([[100,10],[100,10],[50,70],[200,150]],np.float32)P=cv2.getPerspectiveTransform(src,dst)print(P)运⾏结果:[[-7.77156117e-16 -1.00000000e+00 1.00000000e+02][-2.77555756e-15 -1.00000000e-01 1.00000000e+01][-2.66713734e-17 -1.00000000e-02 1.00000000e+00]]由结果可以看出当前输出的类型是float64.对于仿射变换在OpenCV中提供了如下的函数cv2.warpPerspective(src,M,dsize[,dst[,flags[,borderMode[,borderValue]]]])输⼊的矩阵类型是3⾏3列的投影变换矩阵。
⽰例:import cv2import numpy as npimport matplotlibdef Perspect(path):img=cv2.imread(path,cv2.IMREAD_GRAYSCALE)if not isinstance(img, np.ndarray):print('PASS')passelse:h,w=img.shape#设置变换坐标变化src=np.array([[0,0],[w-1,0],[0,h-1],[w-1,h-1]],np.float32)dst=np.array([[100,100],[w/3,100],[100,h-1],[w-1,h-1]],np.float32)#计算投影变换矩阵P=cv2.getPerspectiveTransform(src,dst)#利⽤变化矩阵进⾏投影变换r=cv2.warpPerspective(img,P,(w,h),borderValue=126)#显⽰图像cv2.imshow('A',img )cv2.imshow('B',r)cv2.waitKey(0)cv2.destroyAllWindows()print(P)Perspect('img/aa.jpg')极坐标变换##极坐标变换主要处理校正图像中的圆形物体或者在圆形中物体\(r=\sqrt{(x-(\overline{x})^2)+(y-(\overline{y})^2)}\)\[\theta= \left\{ \begin{matrix} 2\pi +arctan2(y-\overline{y},x-\overline{x}), &y-\overline{y}\leq0\\ arctan2(y-\overline{y},x-\overline{x},&y-\overline{y}>0 \end{matrix} \right\} \]以变换中⼼为圆⼼的同⼀个圆⼼上的点,在极坐标系\(\theta\)or中显⽰为⼀条直线。
如何进行卫星图像的几何校正随着卫星遥感技术的快速发展,卫星图像已经成为获取地面信息的重要手段之一。
然而,由于卫星在拍摄图像时存在姿态变化、地球曲率等因素,卫星图像常常出现几何形变的问题。
为了准确分析和处理卫星图像,必须进行几何校正。
本文将介绍如何进行卫星图像的几何校正。
几何校正是将卫星图像的像素坐标转换为地理坐标的过程,主要包括图像配准、坐标变换和投影变换三个步骤。
首先,进行图像配准。
图像配准是指将待校正图像的像素位置与一个参考图像的像素位置进行匹配。
常用的方法包括特征点匹配和相关系数匹配。
特征点匹配是根据图像中的特征点(如角点、边缘等)来寻找相应特征点,并通过计算特征点之间的距离、角度等关系来确定图像间的变换模型。
相关系数匹配是通过计算图像间的灰度相关性来确定图像变换模型。
图像配准完成后,接下来是进行坐标变换。
坐标变换是将待校正图像的像素坐标转换为地球坐标,常见的坐标变换方法有仿射变换和多项式变换。
仿射变换是利用线性变换将图像中的像素坐标转换为地理坐标,通常采用最小二乘法估计变换参数。
多项式变换则是通过多项式函数描述像素坐标与地理坐标之间的关系,可以更精确地描述图像的几何变换关系。
最后,进行投影变换。
投影变换是将待校正图像从像素坐标系转换为地理坐标系的过程。
在进行投影变换时,需要选择合适的地图投影方法。
常见的地图投影方法有经纬度投影、UTM投影、Lambert投影等。
选择合适的地图投影方法能够保持图像的几何形状和相对位置关系,提高后续分析和处理的准确性。
除了以上三个步骤,还需要注意一些细节问题。
首先,要根据卫星的姿态参数进行几何校正。
卫星在拍摄图像时会出现姿态的变化,所以需要根据实际的姿态参数对图像进行矫正。
其次,要考虑地球曲率的影响。
由于地球并非平面,图像中的像素在地面上的位置会发生畸变,所以需要考虑地球曲率对图像的影响,进行相应的几何变换。
在进行卫星图像的几何校正时,还需要注意一些常见的问题。
透视图像矫正方法图像矫正是图像处理中一项重要的技术,通过调整图像的投影变换,使其恢复到原本的几何形状。
透视图像矫正方法是其中的一种,它可以纠正由于透视投影而引起的形变,使得图像中的线条和几何形状呈正常的形态。
本文将介绍几种常见的透视图像矫正方法,包括基于几何变换的方法和基于相机校正的方法。
一、基于几何变换的透视图像矫正方法1. 小矩形区域矫正法小矩形区域矫正法是一种简单直观的透视图像矫正方法。
该方法假设图像中存在一小矩形区域,其四个边框线条呈直线且相互垂直。
通过确定这个小矩形区域的四个角点坐标,可以使用透视变换将其矫正为一个矩形。
具体操作步骤如下:(1) 在图像中选择一个小矩形区域,边框线条呈直线且相互垂直。
(2) 确定这个小矩形区域的四个角点坐标。
(3) 使用透视变换对整个图像进行矫正,使得小矩形区域成为一个矩形。
2. 单应性矩阵矫正法单应性矩阵矫正法是一种基于单应性变换的透视图像矫正方法。
该方法通过寻找两个图像平面之间的单应性变换关系,将透视图像矫正为正交投影。
具体操作步骤如下:(1) 在图像中选择4个点,构成一个矩形。
(2) 计算出这4个点在透视变换前后的坐标对应关系。
(3) 利用这些坐标对应关系,求解出一个3×3的单应性矩阵。
(4) 使用求解出的单应性矩阵对整个图像进行矫正,消除透视形变。
二、基于相机校正的透视图像矫正方法1. Pinhole相机模型Pinhole相机模型是一种简化的相机模型,它假设光线从一个小孔经过,投影到成像平面上。
这种模型下,透视投影可以通过几何关系进行推导和矫正。
具体操作步骤如下:(1) 建立透视投影和成像平面之间的几何关系。
(2) 根据透视投影的几何关系,推导出图像矫正的数学表达式。
(3) 利用推导出的数学表达式,对整个图像进行矫正,消除透视形变。
2. 摄像机标定法摄像机标定法是一种常见的基于相机校正的透视图像矫正方法。
该方法通过对摄像机进行标定,得到摄像机的内部和外部参数,并基于这些参数对图像进行校正。
投影几何校正原理简介
投影几何校正是指通过一系列的计算和调整,将图像从原始摄影投影中心得到的畸变图像转换为几何上更准确和更真实的图像。
投影几何校正原理基于摄影学和几何学的原理,旨在消除因摄影机镜头形状以及摄影条件等因素引起的畸变。
投影几何校正常依赖于一些关键参数,例如相机的内参数矩阵(包括焦距、主点位置等)、相机的外参数(如相机的姿态和位置)以及图像中标志物的几何特征等。
通过测量这些参数,可以计算出具体的投影几何矩阵,然后利用这个矩阵将畸变图像进行坐标调整,使之恢复成几何上更为真实的图像。
在投影几何校正的过程中,常用的方法包括对图像进行透视投影变换、进行相机参数标定、利用标志物进行几何校正等。
其中,透视投影变换是一种常见的校正方法,它可以通过调整图像的投影矩阵,将图像中的线条、边缘、角点等几何特征进行调整,从而使校正后的图像更符合实际的几何关系。
总之,投影几何校正原理是利用摄影学和几何学的理论和方法,对摄影图像进行校正,使之更加真实和准确。
通过测量和计算摄影机的参数,调整图像的投影矩阵,可以实现对畸变图像的几何校正。
这样,校正后的图像在进行后续处理和分析时,能够更好地满足需求和要求。
投影变换的三种方法投影变换是图形学中常用的一种技术,它可以将一个物体或图像投影到一个新的坐标系中,从而改变其形状、位置和大小。
在计算机图形学、计算机视觉以及计算机辅助设计等领域都有广泛的应用。
本文将介绍投影变换的三种常用方法:平行投影、透视投影和仿射投影。
一、平行投影平行投影是一种简单而常用的投影变换方法,它将物体或图像的每个点沿着平行于观察方向的直线投影到投影平面上。
由于平行投影不考虑观察点与投影平面的距离,因此投影结果不会产生透视效果,物体的形状和大小在投影过程中保持不变。
平行投影可以简化计算过程,适用于一些不需要透视效果的场景,如平面图的绘制和建筑物的俯视图等。
二、透视投影透视投影是一种模拟真实世界中的投影效果的方法,它考虑了观察点与投影平面的距离,使得物体在投影过程中产生透视效果。
透视投影根据物体与观察点的距离和角度的不同,可以产生近大远小的效果,使得投影图像更加真实。
透视投影广泛应用于计算机游戏、虚拟现实和电影等领域,使得场景更加逼真,增强了用户的沉浸感。
三、仿射投影仿射投影是一种综合了平行投影和透视投影的投影变换方法,它可以保持物体的平行性和直线性,同时又能产生透视效果。
仿射投影通过对物体的位置、大小、形状和角度进行变换,将物体投影到一个新的坐标系中。
仿射投影在计算机图形学中具有广泛的应用,如图像矫正、图像处理和计算机辅助设计等领域。
总结:本文介绍了投影变换的三种常用方法:平行投影、透视投影和仿射投影。
平行投影适用于不需要透视效果的场景,透视投影模拟了真实世界中的投影效果,而仿射投影综合了平行投影和透视投影的优点。
这三种方法在计算机图形学、计算机视觉以及计算机辅助设计等领域都有广泛的应用。
通过合理选择和使用这些方法,可以实现对物体或图像的形状、位置和大小的变换,从而满足不同应用需求。
注意事项:将所有矢量化文件备份(至少一份)不要在Mapgis66里的图形编辑模块里打开矢量化点、线、面文件。
只在Mapgis66的投影变换和误差校正中打开文件进行校正.实习三投影变换与误差校正1 绘出底图上的图框即对原始图框进行矢量化,保存为原始图框2 制作1:10000标准地形图图框:“实用服务"--“投影变换”模块在对话框中,采用高斯坐标实线公里网(在1:10000地形图上,采用的是公里网格,其中包括两条经纬线,并标有经纬度,是已知的四个经纬度控制点),起点经度和纬度采用图幅左下角顶点的经纬度。
例如,起点纬度:294500;起点经度:1071845。
网间间距:1KM(即公里网格的间距,在1:10000地形图上为1KM)。
图框文件名及其保存路径可以自己定。
椭球参数选择“1 北京54/克拉索夫斯基[1940年]椭球(依据地形图的具体参数来定)。
最后确定即可。
然后出现以下对话框,在对话框中可以确定相关项,根据地形图上的具体情况来定.该标准图框的点线文件已经在制作过程中予以保存了,关闭投影变换模块,系统提示保存面文件,将该面文件保存到存放点线文件的目录下。
3 将原始图框进行整图变换即将原始图框的位置移至标准图框处。
具体方法是分别在输入编辑模块里将原始图框文件和标准图框文件打开,读取原始图框上和标准图框上左下角顶点的图上坐标值。
分别为(38.68,37。
84)和(-7.79,—7。
73).然后用标准图框左下角顶点坐标减去原始图框左下角顶点坐标。
即用(-7。
72,-7。
76)减去(38。
74,37.87)。
则X1=-7.72,Y1=-7。
76;X2=38。
74,Y2=37。
87,用得到X1-X2;Y1-Y2;得到X、Y方向上的位移量△X=-46.46;△Y=—45。
63。
将原始图框线文件进行整图变换。
首先利用“选择线”功能将整个图框选中,此时整个图框闪烁显示,然后选择“其他”菜单下“整图变换"――“键盘输入参数”,见下图,在出现的对话框中,输入X、Y方向上的位移量,确定即可。
如何进行图像配准与投影变换图像配准与投影变换是数字图像处理中的重要技术,在遥感、医学影像、计算机视觉等领域得到广泛应用。
本文将介绍图像配准与投影变换的基本概念和方法,以及相关的算法和应用。
一、图像配准的概念和作用图像配准是将两幅或多幅图像对齐,使得它们在几何和属性上达到最佳匹配的过程。
在很多应用中,需要将不同时间、不同角度、不同传感器获取的图像进行配准,以实现图像融合、变化检测、目标识别等功能。
图像配准的目的是消除图像之间的几何畸变,使得它们在同一个坐标系下具有一致的尺度、方向和形状。
通过图像配准,可以实现图像像素的一对一对应,从而实现后续的图像分析和处理。
二、图像配准的基本步骤图像配准的基本步骤包括特征提取、特征匹配和变换估计。
特征提取是指从图像中提取出具有良好鲁棒性的特征点或特征描述子;特征匹配是指通过特征相似度度量,将两幅图像中的特征点进行匹配;变换估计是指利用匹配的特征点,估计出图像之间的几何变换模型。
特征提取可以使用角点、边缘、纹理等特征,常见的特征描述子有SIFT、SURF、ORB等。
特征匹配可以使用最近邻或最优匹配算法,例如暴力搜索、kd树、RANSAC等。
变换估计可以使用仿射变换、透视变换等。
三、图像配准的算法和工具在图像配准的算法中,经典的有相位相关法、模板匹配法、基于特征匹配的法等。
其中,相位相关法通过计算图像间的互相关系数来寻找最佳匹配;模板匹配法通过计算图像像素之间的差异来寻找最佳匹配;基于特征匹配的法通过计算特征点之间的距离或相似度来寻找最佳匹配。
在实际应用中,图像配准可以使用一些开源的工具库来实现,例如OpenCV、Matlab等。
这些工具库提供了丰富的函数和接口,可以方便地进行图像配准的各个步骤。
四、投影变换的概念和应用投影变换是图像处理中常用的空间变换方法,它可以将图像从一个坐标系映射到另一个坐标系。
投影变换通常包括平移、旋转、缩放、剪切等操作,其中最常用的是仿射变换和透视变换。
地图制图中的投影变换与校正地图是人们认识和理解地球的重要工具,而要制作准确的地图就需要进行投影变换与校正的处理。
投影变换是将地球的曲面投影到平面上的过程,而校正则是通过修正投影变换中的误差,使得地图更贴近真实地球的形貌和尺度。
一、投影变换在地图制图中,由于地球是一个凹凸不平的曲面,无法直接用平面表示,因此需要进行投影变换。
投影变换的目的是将地球的表面投影到平面上,并保持地面上的角度、形状和面积等特性。
不同的投影方法会导致地图上的形状、大小和方向产生变化。
常见的投影方法有圆柱投影、圆锥投影和平面投影。
圆柱投影是将地球的表面投影在圆柱体上,再展开成平面图,适用于赤道附近的地区;圆锥投影是将地球的表面投影在圆锥体上,再展开成平面图,适用于高纬度地区;平面投影则是将地球的表面直接投影到平面上,适用于局部地区的制图。
不同的投影方法有不同的优势和局限性。
比如,圆柱投影能够保持地面上的角度和形状特性,但在极地地区会出现严重的形变;圆锥投影则能够较好地保持地球的形状和面积特性,但在赤道附近会有较大的形变;平面投影具有保持局部地区地面特性的优势,但在远离中心点的地方会产生较大的形变。
二、校正由于投影变换会导致地图上的形状、大小和方向等产生变化,因此需要进行校正,使地图更符合实际地球的形貌和尺度。
校正的方法主要有拓扑校正和尺度校正。
拓扑校正是指通过修正地图上的形状和角度,使之与现实地球的形貌一致。
拓扑校正主要包括平移、旋转和形变等操作。
平移是将地图上的点移动到正确的位置,以修正地图的位置偏差;旋转则是将地图旋转到正确的方向,以修正地图的旋转偏差;形变是通过缩放地图上的特定区域,使其更符合真实地球的形貌。
尺度校正是指通过修正地图上的比例尺,使之与实际地球的尺度一致。
尺度校正主要包括线性校正和面积校正。
线性校正是通过拉伸或压缩地图上的线段,使其长度与实际距离一致;面积校正则是通过拉伸或压缩地图上的面积,使其面积与实际区域一致。