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射影几何
三维射影变换
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2025-01-23 09:10
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三维射影变换
与二维射影变换类似,三维射影变换是三维射影空间上的可逆齐次线性变换(实际上, n维射影变换也是如此定义的),这个变换可由 $4 \times 4$ 的矩阵 $H$ 来描述: $$ X ^{\prime}=H X $$ 矩阵 $H$ 称为射影变换矩阵或称为单应矩阵。由于变换是齐次的,所以射影变换矩阵 $H$ 可以相差一个非零常数因子,因此三维射影变换有 15 个自由度,即射影变换矩阵可由它的元素所构成的 15 个比值唯一确定。 三维射影变换将空间上的点(线,面)变换到点(线,面),并且保持点的共线(面)性,线的共面性等性质。任何三维射影变换的逆变换都是三维射影变换,任意两个三维射影变换的合成 (对应于两个单应矩阵的积)也是三维射影变换。因此,三维射影变换的全体构成三维射影空间上的一个变换群,称它为三维射影变换群。 满足式(1.2.15)的点对 $X \leftrightarrow X ^{\prime}$ 称为射影变换 $H$ 的一个点对应。给定点对应的齐次坐标,由(1.2.15)是一个齐次等式,即式(1.2.15)表示在相差一个常数意义下的相等,所以有 $$ s X ^{\prime}=H X $$ 其中 $s$ 为未知的非零齐次因子。消去上式中齐次因子 s ,可得到关于 $H$ 的 3 个线性齐次方程。因此,在一般情况下, 5 个点对应唯一确定一个三维射影变换。下述命题是更确切的陈述。 命题1.2.1 如果 5 个点对应中任意 4 点不共面,则这 5 个点对应唯一确定一个三维射影变换。 由于两个三维射影变换的合成仍是一个射影变换,因此为了证明此命题,只须证明它的下述特殊形式: 设 $X _1^{\prime}, X _2^{\prime}, \ldots, X _5^{\prime}$ 为三维射影空间中任意给定的 5 个点,其中任何
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