H = homography2d(original_points, target_points);函数定义函数体MATLAB

时间: 2023-06-12 07:07:31 浏览: 36
function H = homography2d(original_points, target_points) % HOMOGRAPHY2D Computes the homography between two sets of 2D points % H = HOMOGRAPHY2D(ORIGINAL_POINTS, TARGET_POINTS) computes the % homography between two sets of 2D points using the Direct Linear % Transform (DLT) algorithm. % % INPUTS: % original_points - 2xN matrix of N original 2D points % target_points - 2xN matrix of N target 2D points % % OUTPUTS: % H - 3x3 homography matrix that maps original points to target points % Check inputs assert(size(original_points, 1) == 2, 'original_points should be a 2xN matrix'); assert(size(target_points, 1) == 2, 'target_points should be a 2xN matrix'); assert(size(original_points, 2) == size(target_points, 2), 'original_points and target_points should have the same number of points'); % Normalize points [original_points_normalized, T_original] = normalize_points(original_points); [target_points_normalized, T_target] = normalize_points(target_points); % Construct matrix A N = size(original_points_normalized, 2); A = zeros(2*N, 9); for i=1:N A(2*i-1, :) = [0, 0, 0, -original_points_normalized(1,i), -original_points_normalized(2,i), -1, target_points_normalized(2,i)*original_points_normalized(1,i), target_points_normalized(2,i)*original_points_normalized(2,i), target_points_normalized(2,i)]; A(2*i, :) = [original_points_normalized(1,i), original_points_normalized(2,i), 1, 0, 0, 0, -target_points_normalized(1,i)*original_points_normalized(1,i), -target_points_normalized(1,i)*original_points_normalized(2,i), -target_points_normalized(1,i)]; end % Solve Ah = 0 using SVD [~, ~, V] = svd(A); h = V(:, end); % Reshape h to obtain H H = reshape(h, 3, 3)'; % Denormalize H H = T_target \ H * T_original; end function [points_normalized, T] = normalize_points(points) % NORMALIZE_POINTS Normalizes 2D points to have zero mean and unit standard deviation % [POINTS_NORMALIZED, T] = NORMALIZE_POINTS(POINTS) normalizes 2D points % to have zero mean and unit standard deviation by scaling and translating % the points according to the formula: x' = (x - mu) / sigma, where x is % the original point, x' is the normalized point, mu is the mean of all % points and sigma is the standard deviation of all points. The function % returns the normalized points and the transformation matrix T that has % to be applied to the points to obtain their normalized version. % Compute mean and standard deviation of points mu = mean(points, 2); sigma = std(points, 0, 2); % Compute transformation matrix T = [1/sigma(1) 0 -mu(1)/sigma(1); 0 1/sigma(2) -mu(2)/sigma(2); 0 0 1]; % Apply transformation matrix to points points_normalized = T * [points; ones(1, size(points, 2))]; % Discard last row of ones points_normalized = points_normalized(1:2, :); end

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使用 C++ 调用 estimate_pose_for_tag_homography 函数同样需要准备好相机的内参矩阵、标签的透视变换矩阵、标签的物理尺寸以及标签的 ID。以下是一个简单的使用示例: c++ #include <apriltag/apriltag.h> #include <apriltag/tag36h11.h> // 准备相机内参矩阵 cv::Mat K = (cv::Mat_<double>(3, 3) << f_x, 0, c_x, 0, f_y, c_y, 0, 0, 1); // 准备标签的透视变换矩阵 cv::Mat H = (cv::Mat_<double>(3, 3) << h_00, h_01, h_02, h_10, h_11, h_12, h_20, h_21, h_22); // 准备标签的物理尺寸 cv::Mat tag_size = (cv::Mat_<double>(2, 1) << width, height); // 准备标签的 ID int tag_id = 0; // 创建 AprilTag 检测器 apriltag_family_t* tf = tag36h11_create(); apriltag_detector_t* td = apriltag_detector_create(); apriltag_detector_add_family(td, tf); // 在图像中检测 AprilTag cv::Mat gray; cv::cvtColor(image, gray, cv::COLOR_BGR2GRAY); image_u8_t apriltag_image = {gray.cols, gray.rows, gray.step, gray.data}; zarray_t* detections = apriltag_detector_detect(td, &apriltag_image); // 遍历所有检测到的 AprilTag for (int i = 0; i < zarray_size(detections); i++) { apriltag_detection_t* detection; zarray_get(detections, i, &detection); if (detection->id == tag_id) { // 估计标签的位姿 double R[9], t[3]; estimate_pose_for_tag_homography(K.ptr<double>(), H.ptr<double>(), tag_size.ptr<double>(), detection->H->data, R, t); // R 是旋转矩阵,t 是平移向量 cv::Mat R_mat = (cv::Mat_<double>(3, 3) << R[0], R[1], R[2], R[3], R[4], R[5], R[6], R[7], R[8]); cv::Mat t_mat = (cv::Mat_<double>(3, 1) << t[0], t[1], t[2]); std::cout << "Rotation matrix:\n" << R_mat << std::endl; std::cout << "Translation vector:\n" << t_mat << std::endl; } } // 释放内存 apriltag_detections_destroy(detections); apriltag_detector_destroy(td); tag36h11_destroy(tf); 在上面的代码中,我们首先准备相机的内参矩阵、标签的透视变换矩阵、标签的物理尺寸和标签的 ID。然后,我们创建了一个 AprilTag 检测器,并在图像中检测 AprilTag。在检测到指定的标签后,我们调用 estimate_pose_for_tag_homography 函数估计标签的位姿,并输出旋转矩阵和平移向量。注意,在 C++ 中,estimate_pose_for_tag_homography 函数的输出参数是旋转矩阵和平移向量的指针。最后,我们需要释放相应的内存。
estimate_pose_for_tag_homography 是一个用于估计相机位姿的函数,它基于 Apriltag 检测结果中的 Homography 矩阵来计算相机的旋转和平移。具体来说,该函数使用 OpenCV 中的 solvePnP 函数来求解相机位姿。 以下是 estimate_pose_for_tag_homography 的主要实现步骤: 1. 根据 Apriltag 检测结果中的 Homography 矩阵,计算相机的内参矩阵和畸变系数。 cv::Mat cameraMatrix, distCoeffs; cv::Mat H = cv::Mat::zeros(3, 3, CV_64F); for (int i = 0; i < 3; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { H.at<double>(i, j) = det->H[i*3+j]; } } cv::Mat K_inv = cv::Mat::eye(3, 3, CV_64F) / H.at<double>(2, 2); cameraMatrix = K_inv.inv(); distCoeffs = cv::Mat::zeros(1, 5, CV_64F); 2. 根据 Apriltag 检测结果中的码的实际大小和标定板的大小,计算相机的外参矩阵。 std::vector<cv::Point3f> objPoints; for (int i = 0; i < 4; i++) { objPoints.push_back(cv::Point3f(i==0||i==3 ? 0 : tag_size, i==0||i==1 ? 0 : tag_size, 0)); } std::vector<cv::Point2f> imgPoints; for (int i = 0; i < 4; i++) { imgPoints.push_back(cv::Point2f(det->p[i][0], det->p[i][1])); } cv::Mat rvec, tvec; cv::solvePnP(objPoints, imgPoints, cameraMatrix, distCoeffs, rvec, tvec); cv::Mat R; cv::Rodrigues(rvec, R); 3. 将旋转矩阵和平移向量合并为一个 4x4 的变换矩阵,得到相机的位姿。 cv::Mat T = cv::Mat::eye(4, 4, CV_64F); R.copyTo(T(cv::Rect(0, 0, 3, 3))); tvec.copyTo(T(cv::Rect(3, 0, 1, 3))); 需要注意的是,该函数只能处理单个 Apriltag 的情况,如果需要处理多个 Apriltag 的位姿估计,需要对每个 Apriltag 分别调用该函数进行计算。此外,由于相机位姿的计算过程涉及到多个参数,因此在实际使用中需要进行适当的参数调整和误差处理。
稳像处理是一种图像处理技术,可以通过对图像进行平移、旋转、缩放等操作来消除图像抖动和变形。以下是一个简单的 Python 函数,用于实现稳像处理: python import cv2 def stabilize_image(input_img): # Convert the input image to grayscale gray_img = cv2.cvtColor(input_img, cv2.COLOR_BGR2GRAY) # Detect features in the input image feature_detector = cv2.ORB_create() keypoints = feature_detector.detect(gray_img, None) # Extract descriptors for the detected features descriptor_extractor = cv2.ORB_create() keypoints, descriptors = descriptor_extractor.compute(gray_img, keypoints) # Create a Matcher object to match the features in the input image matcher = cv2.DescriptorMatcher_create(cv2.DESCRIPTOR_MATCHER_BRUTEFORCE_HAMMING) matches = matcher.match(descriptors, descriptors) # Sort the matches by distance matches.sort(key=lambda x: x.distance, reverse=False) # Calculate the homography matrix using the best matches num_best_matches = int(len(matches) * 0.25) best_matches = matches[:num_best_matches] src_pts = np.float32([keypoints[m.queryIdx].pt for m in best_matches]).reshape(-1, 1, 2) dst_pts = np.float32([keypoints[m.trainIdx].pt for m in best_matches]).reshape(-1, 1, 2) homography, _ = cv2.findHomography(src_pts, dst_pts, cv2.RANSAC, 5.0) # Apply the homography matrix to the input image stabilized_img = cv2.warpPerspective(input_img, homography, (input_img.shape[1], input_img.shape[0])) return stabilized_img 这个函数使用了 OpenCV 库来实现稳像处理。它首先将输入图像转换为灰度图像,然后使用 ORB 特征检测器和描述符提取器来检测和提取图像中的特征。接下来,它使用暴力匹配法来匹配这些特征,并使用 RANSAC 算法计算出稳像处理所需的变换矩阵。最后,它使用 warpPerspective 函数将变换矩阵应用到输入图像中,从而实现稳像处理。
在使用 C++ 实现 "estimate_pose_for_tag_homography" 算法之前,需要确保已经安装了适当的开发环境和相关的计算机视觉库和工具包,如OpenCV和Eigen等。 以下是一个简单的示例代码,演示如何使用 OpenCV 库和 Eigen 库实现 "estimate_pose_for_tag_homography" 算法: #include <iostream> #include <opencv2/opencv.hpp> #include <Eigen/Dense> using namespace std; using namespace cv; using namespace Eigen; int main() { // Load reference image and target image Mat ref_img = imread("ref_image.jpg"); Mat target_img = imread("target_image.jpg"); // Detect and match features between reference image and target image vector<KeyPoint> ref_kp, target_kp; Mat ref_desc, target_desc; Ptr<ORB> orb = ORB::create(); orb->detectAndCompute(ref_img, Mat(), ref_kp, ref_desc); orb->detectAndCompute(target_img, Mat(), target_kp, target_desc); BFMatcher matcher(NORM_HAMMING); vector<DMatch> matches; matcher.match(ref_desc, target_desc, matches); // Extract matched feature points vector ref_pts, target_pts; for (int i = 0; i < matches.size(); i++) { ref_pts.push_back(ref_kp[matches[i].queryIdx].pt); target_pts.push_back(target_kp[matches[i].trainIdx].pt); } // Compute homography matrix Mat H = findHomography(ref_pts, target_pts, RANSAC); // Compute pose from homography matrix Matrix3d K, R; Vector3d t; K << 1000, 0, ref_img.cols/2, 0, 1000, ref_img.rows/2, 0, 0, 1; Matrix3d H_eigen; cv2eigen(H, H_eigen); Matrix3d inv_K = K.inverse(); Matrix3d A = inv_K * H_eigen; double scale = 1.0 / A.col(0).norm(); A *= scale; double sign = (A.determinant() > 0) ? 1 : -1; R.col(0) = A.col(0).normalized(); R.col(1) = A.col(1).normalized(); R.col(2) = R.col(0).cross(R.col(1)); t = sign * scale * A.col(2); cout << "Rotation matrix:" << endl << R << endl; cout << "Translation vector:" << endl << t << endl; return 0; } 该代码演示了如何使用 ORB 特征检测算法和 BFMatcher 特征匹配算法来检测和匹配参考图像和目标图像之间的特征点,然后使用 findHomography 函数计算单应性矩阵,并使用 Eigen 库和数学公式计算出姿态(旋转矩阵和平移向量)。在实际应用中,还需要对算法进行优化和调整,以提高估计精度和效率。
### 回答1: Homography估计是一种计算机视觉技术,用于在两个平面之间进行几何变换。它可以用于图像配准、图像拼接、虚拟现实等应用中。Homography估计的目标是找到一个3x3的矩阵,将一个平面上的点映射到另一个平面上的点。这个矩阵可以通过多种方法来估计,包括最小二乘法、RANSAC等。 ### 回答2: Homography estimation是一种计算机视觉技术,指的是在图像处理中,通过计算两幅图像之间的变换关系,来实现不同图像之间的几何转换。这种技术可以应用于很多领域,包括但不限于机器人视觉、图像配准、增强现实、虚拟现实和数字图像处理等。 在homography estimation中,我们需要寻找两幅图像之间的变换矩阵。这个变换矩阵被称为幂律映射,可以将一幅图像的特征点集投影到另一幅图像的对应点集,从而实现两幅图像之间的几何变换。其中特征点可以是关键点、角点,也可以是一些其他算法提取出的特征点等。 常见的homography estimation算法有RANSAC和最小二乘法等。RANSAC算法是一种假设-验证的方法,它随机选择几个特征点,通过估计变换矩阵来验证这些点是否符合变换矩阵的假设。最小二乘法是一种基于矩阵代数的方法,通过最小化特征点之间距离的平方和来计算变换矩阵。 homography estimation的一个主要应用是图像配准。在医学影像、航拍影像、卫星影像等领域,需要将多幅图像进行配准,以实现更准确的测量和分析。homography estimation可以帮助我们计算不同图像之间的几何变换关系,从而实现图像的精确配准。 总之,homography estimation是一种重要的计算机视觉技术,它为图像处理和计算机视觉领域带来了很多便利和挑战。未来,随着人工智能和机器学习技术的不断发展,homography estimation将会得到更广泛的应用和深入的研究。 ### 回答3: homography estimation是指在计算机视觉中,通过图像对之间的空间变换关系来估计两个图像之间的投影映射。在计算机视觉领域中,对于单个图像来说,可以通过特征点的匹配关系来建立基础矩阵来描述两个图像之间的外参关系,而对于一组图像来说,则需要使用homography矩阵来描述它们之间的内参数和外参数关系。 homography estimation通常需要使用RANSAC算法来进行随机采样和模型拟合的过程,以确保对噪声和异常点有较好的鲁棒性和准确性。homography estimation主要应用于图像拼接、三维重建、目标跟踪、相机标定等领域,其优点在于适用于对于场景有较大的姿态变化、平面或近似平面场景、易于感知整个场景的视点调整等场景。同时,homography estimation也有其局限性,比如对于物体的旋转、缩放、形状变化等更为复杂的情况,其表现可能并不优秀。 总体来说,homography estimation可以为计算机视觉领域提供一种有效的图像对齐和重建的方法,有着广泛的应用场景和潜在的研究价值。

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