39
Naeem A. Mahoto email: [email protected] Department of So9ware Engineering, Mehran UET Jamshoro, Sind, Pakistan Wednesday, August 5, 2015 Week No. 04 Imaging Geometry (course: Computer Vision)

WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

Naeem  A.  Mahoto  e-­‐mail:  [email protected]  

 Department  of  So9ware  Engineering,  Mehran  UET  

Jamshoro,  Sind,  Pakistan  

Wednesday,  August  5,  2015  

Week  No.  04  Imaging  Geometry  

(course:  Computer  Vision)  

Page 2: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  Imaging  Geometry  

•  TranslaRon  

•  Scaling  

•  RotaRon  

Naeem  A.  Mahoto  

Outline  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 3: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  Any  real  world  scene  exists  in  a  3-­‐dimensional  space.    •  Imaging  Geometry  deals  with  the  techniques  and  

transformaRon  for  mapping  Real  world  objects  and  their  characterisRcs  on  Image  plane  

•  Any  point  in  3D  co  ordinate  system  is  represented  by  BLOCK  le]ers  -­‐  World  Coordinate  system  -­‐  W(X,  Y,  Z)  

•  Any  point  in  2D  co-­‐ordinate  system/Image  plane  is  represented  by  small  le]ers  -­‐  Camera  coordinate  system  –  f  (x,  y)  

•  The  process  of  acquiring  an  image  of  a  3-­‐D  scene  involves  projecRng  the  scene  on  a  2-­‐D  surface.  

•  The  projecRon  from  3-­‐D  to  2-­‐D  is  a  perspecRve  projecRon.           Naeem  A.  Mahoto  

Imaging  Geometry  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 4: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

Naeem  A.  Mahoto  

TranslaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

X

Z

P1(X1,Y1,Z1)

P2(X2,Y2,Z2)

(dx,dy,dz)

YConsider  to  translate    a  point  P1,  with  coordinate  values  (x1  ,  y1  ,  z1  )  to  new  locaRon  P2  by  a  displacement  (dx,  dy,  dz)  

The  translaRon  is  easily  accomplished  by  using  the  equaRon:  I. X2  =  X1  +  dx  II. Y2  =  Y1  +  dy  III. Z2  =  Z1  +  dz    

Page 5: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  Where  (X2,  Y2,  Z2)    are  new    points  and  can  be  represented  in  Matrix  form,  as:  

 

     

Naeem  A.  Mahoto  

TranslaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

1    0    0  X2  Y2  Z2  

X1  Y1  Z1  

dx  dy  dz  

0    1    0  0    0    1  

=  

V*                    =                                  T                          V      

where,  V*    is  the  new  point,                              T  is  the  translaRon  matrix,  and            

             V  is  the  original  point.  

Page 6: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  The  product  of  Matrices  T  &  V  seems  Invalid,      as  Columns  of  T  ≠  Rows  of  V  

•  Generalize  this  transformaRon  by  inserRng  a  DUMMY  row  in  all  three  matrices  

 

     

Naeem  A.  Mahoto  

TranslaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

1    0    0  X2  Y2  Z2  

X1  Y1  Z1  

dx  dy  dz  

0    1    0  0    0    1  

=  V*                    =                                  T                          V      

1   1   1  0    0    0  

1    0    0  dx  dy  dz  

0    1    0  0    0    1  

1  0    0    0  

T   =   Transla'on  Matrix  

Page 7: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  The  IniRal  Point  P1  can  be  traced  back  by  applying  the  Inverse  TranslaRon,  that  is:    

 

     

Naeem  A.  Mahoto  

Inverse  TranslaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

1    0    0  X2  Y2  Z2  

X1  Y1  Z1  

-­‐dx  -­‐dy  -­‐dz  

0    1    0  0    0    1  

=  

 V                    =                    T-­‐1                          V*    

1   1   1  0    0    0  

1    0    0   -­‐dx  -­‐dy  -­‐dz  

0    1    0  0    0    1  

1  0    0    0  

T-­‐1   =   Inverse  Transla'on    Matrix  

T  .  T-­‐1    =  I  (IdenRty  Matrix)    IdenRty  Matrix:  Square  matrix  having  diagonal  elements  equal  to  one  

Page 8: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

Naeem  A.  Mahoto  

TranslaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

Original Image Translated Image

Page 9: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

Naeem  A.  Mahoto  

TranslaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

Translated Image Translated Image

This  property  is  used  in  adjusRng  the  Objects  on  Monitor  screen  

Page 10: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  The  scale  operator  performs  a  geometric  transformaRon  which  can  be  used  to  shrink  or  zoom  the  size  of  an  image  

•  The  shrink  or  Zoom,  depends  upon  the  vales  of  scaling  factor  

•  For  values  between  0  &1,  the  resultant  Image  is  shrinked  

•  For  values  greater  than  1,  the  resultant  Image  is  expanded  by  that  factor  

       

Naeem  A.  Mahoto  

Scaling  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 11: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  The  Scaling  is  easily  accomplished  by  using  the  equaRons:  I.  X2  =  X1  *  sx  II.  Y2  =  Y1  *  sy  III.  Z2  =  Z1  *  sz  

•  Where  (X2,  Y2,  Z2)    are  new    points  and  expressed  in  Matrix  form  as:  

Naeem  A.  Mahoto  

Scaling  

Wednesday,  August  5,  2015  

X2  Y2  Z2  

X1  Y1  Z1  

=  

 V*                    =                    S                                V    

1   1  

Where  S  represents  the  Scaling  Matrix  

sx            0          0   0  0  0  

0            sy          0  0                0        sz  

1  0                0          0  

Page 12: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

Naeem  A.  Mahoto  

Scaling  

Wednesday,  August  5,  2015  

Original Image Scaled Image at 0.5*0.5

Page 13: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  The  IniRal  Scale  can  be  traced  back  by  applying  the  Inverse  Scaling,  that  is:    

 

     

Naeem  A.  Mahoto  

Inverse  Scaling  

Wednesday,  August  5,  2015  

1/sx      0        0  X2  Y2  Z2  

X1  Y1  Z1  

0  0  0  

0          1/sy    0  0                0    1/sz  

=  

 V                    =                    S-­‐1                          V*    

1   1   1  0                0          0  

S-­‐1   =   Inverse  Scaling  Matrix  

S  .  S-­‐1    =  I  (IdenRty  Matrix)    IdenRty  Matrix:  Square  matrix  having  diagonal  elements  equal  to  one  

1/sx      0        0   0  0  0  

0          1/sy    0  0                0    1/sz  

1  0                0          0  

Page 14: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  The  transformaRon  used  for  3-­‐D  rotaRon  is  inherently  more  complex  than  the  TransformaRons  (TranslaRon  and  Scaling)  

•  The  simplest  from  of  these  transformaRons  is  for  RotaRon  of  a  point  about  the  coordinate  axes  

•  To  rotate  a  point  about  another  arbitrary  Point  in  space,  we    require  three  transformaRon  –  The  first  translate  the  arbitrary  point  to  the  Origin,  –  The  second  performs  the  rotaRon,  and  –  The  third  translates  the  point  back  to  its  Original  posiRon  

     

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 15: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  RotaRon  of  a  point  about  the  Z  coordinate  axis  by  an  angle  θ  is  achieved  by  using  the  transformaRon  

•  The  rotaRon  angle  θ  is  measured  clockwise  when  looking  at  the  region  from  a  Point  on  the  +Z  axis.    –  This  transformaRon  affects  only  the  values  of  X  and  Y  coordinates  

 •  The  rotaRon  operator  performs  a  geometric  transform  which  

maps  the  posiRon  (  x1,  y1  )  of  a  picture  element  in  an  input  image  onto  a  posiRon  (  x2,  y2  )  in  an  output  image  by  rotaRng  it  through  a  user-­‐specified  angle  θ    about  an  origin  (0,0)  

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 16: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  along  Z-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

P1(X1,Y1,Z1)

P2(X2,Y2,Z2)

0 X2

X1

Y 1 Y 2

φ  

θ  

X

Z

Y

R R

R is  length  of  vector

φ  is  iniRal  angle  with  X  axis.  

RotaRon  is  in  clockwise  direction.

Page 17: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  Assume  that  the  Vector  (R)  is  making  an  angle  of  φ  with  X  axis  

•  IniRally,  the  components  can  be  achieved  as:    –  X1  =  R  cos  φ  –  Y1  =  R  sin  φ  –  Z1  =  Z1  

 •  If  we  rotate  the  vector  R  by  θ  around  Z-­‐axis  in  Counter  clock  

wise  DirecRon,  then  now  point  formed  will  be  given  by:  –  X2  =  R  cos  (φ+θ)  –  Y2  =  R  sin  (φ+θ  )  –  Z2  =  Z1    (Un  changed  axis)  

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  along  Z-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 18: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  By  expanding  the  terms  of  Sine  and  Cosine,  we  get:  –  X2  =  R  cosθ  cosφ  -­‐  R  sinφ  sinθ    –  Y2  =  R  sinθ  cosφ  +  R  sinφ  cosθ  –  Z2  =  Z1  

•  But,  we  have  assumed  iniRally  that:    –  R  cos  φ  =  X1    –  R  sin  φ  =  Y1  

 •  So  the  new  point  (x2,Y2,z2)  becomes:  

–  X2  =  X1  cosθ  -­‐  Y1  sinθ  –  Y2  =  X1  sinθ  +  Y1    cosθ    –  Z2  =  Z1  

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  along  Z-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 19: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  For  matrix  representaRon,  these  equaRons  can  be  interpreted  as:  –  X2  =  X1  cosθ  -­‐  Y1  sinθ        +  0  –  Y2  =  X1  sinθ    +  Y1    cosθ    +  0  –  Z2  =            0        +      0                      +  Z1  

•  In  form  of  matrices,  the  rotaRon  operaRon  can  be  given  as:    

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  along  Z-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

cosθ      -­‐sinθ      0  X2  Y2  Z2  

X1  Y1  Z1  

sinθ          cosθ        0  0                      0                  1      

=  

V* = RθZ V

Page 20: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  In  form  of  matrices,  the  Inverse  rotaRon  operaRon  can  be  given  as:  

Naeem  A.  Mahoto  

Inverse  RotaRon  along  Z-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

cosθ      sinθ      0  X1  Y1  Z1  

X2  Y2  Z2  

-­‐sinθ        cosθ    0  0                      0                1      

=  

V = (RθZ)-1 V*

(RθZ)-­‐1  represents  the  Inverse  RotaRon  Matrix  

       (RθZ).  (RθZ)-­‐1        =    I  (IdenRty  Matrix)  

Page 21: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  Assume  that  the  Vector  (R)  is  making  an  angle  of  φ  with  Z-­‐axis  

•  IniRally,  the  components  can  be  achieved  as:    –  X1  =  R  sin  φ  –  Y1  =  Y1      –  Z1  =  R  cos  φ  

 

•  If  we  rotate  the  vector  R  by  β  around  Y-­‐axis  in  Counter  clock  wise  DirecRon,  then  now  point  formed  will  be  given  by:  –  X2  =  R  sin  (φ+  β)    –  Y2  =  Y1    (Unchanged  axis)  –  Z2  =  R  cos  (φ+  β)    

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  along  Y-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 22: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  By  expanding  the  terms  of  Sine  and  Cosine,  we  get:  –  X2  =  R  sinφ  cosβ  +  R  cosφ  sinβ  –  Y2  =  Y1  –  Z2  =  R  cosφ  cosβ  -­‐  R  sinφ  sinβ  

•  But,  we  have  assumed  iniRally  that:    –  R  sin  φ  =    X1    –  R  cos  φ  =  Z1  

 •  So  the  new  point  (x2,Y2,z2)  becomes:  

–  X2  =  X1  cosβ  +  Z1  sinβ  –  Y2  =  Y1      –  Z2  =  Z1  cosβ  -­‐  X1  sinβ  

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  along  Y-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 23: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  For  matrix  representaRon,  these  equaRons  can  be  interpreted  as:  –  X2  =  X1  cosβ  +  Z1  sinβ  +    0  –  Y2  =    0        +          Y1            +    0  –  Z2  =  -­‐  X1  sinβ  +          0          +  Z1  cosβ    

•  In  form  of  matrices,  the  rotaRon  operaRon  can  be  given  as:    

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  along  Y-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

cosβ      0          sinβ  X2  Y2  Z2  

X1  Y1  Z1  

   0                1              0  -­‐sinβ        0        cosβ      

=  

V* = Rβy V

Page 24: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  In  form  of  matrices,  the  Inverse  rotaRon  operaRon  can  be  given  as:  

Naeem  A.  Mahoto  

Inverse  RotaRon  along  Y-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

V = (Rβy)-1 V*

(Rβy)-­‐1  represents  the  Inverse  RotaRon  Matrix  

(Rβy).  (Rβ

y)-­‐1  =    I  (IdenRty  Matrix)  

cosβ      0        -­‐sinβ  X1  Y1  Z1  

X2  Y2  Z2  

   0                1              0  sinβ        0          cosβ      

=  

Page 25: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  Assume  that  the  Vector  (R)  is  making  an  angle  of  φ  with  Y-­‐axis  

•  IniRally,  the  components  can  be  achieved  as:    –  X1  =  X1  –  Y1  =  R  cos  φ  –  Z1  =  R  sin  φ  

 •  If  we  rotate  the  vector  R  by  α    around  X-­‐axis  in  Counter  clock  

wise  DirecRon,  then  now  point  formed  will  be  given  by:  –  X2  =  X1    (Un  changed  axis)  –  Y2  =  R  cos  (φ+  α  )  –  Z2  =  R  sin(φ+  α  )  

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  along  X-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 26: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  By  expanding  the  terms  of  Sine  and  Cosine,  we  get:  –  X2  =  X1  –  Y2  =  R  cosφ  cos  α  -­‐  R  sinφ  sin  α    –  Z2  =  R  sinφ  cos  α  +  R  cosφ  sin  α    

•  But,  we  have  assumed  iniRally  that:    –  R  cos  φ  =  Y1    –  R  sin  φ  =  Z1  

 •  So  the  new  point  (x2,Y2,z2)  becomes:  

–  X2  =  X1  –  Y2  =  Y1  cos  α  -­‐  Z1  sin  α  –  Z2  =  Z1  cos  α  +  Y1    sin  α    

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  along  X-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 27: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  For  matrix  representaRon,  these  equaRons  can  be  interpreted  as:  –  X2  =  X1            +              0    +            0  –  Y2  =  0              +  Y1  cos  α  -­‐  Z1  sin  α  –  Z2  =  0              +  Y1    sin  α    +  Z1  cos  α  

•  In  form  of  matrices,  the  rotaRon  operaRon  can  be  given  as:    

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  along  X-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

1                  0                  0  X2  Y2  Z2  

X1  Y1  Z1  

 0          cosα      -­‐sinα  

0          sinα          cosα  

=  

V* = Rαx V

Page 28: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  In  form  of  matrices,  the  Inverse  rotaRon  operaRon  can  be  given  as:  

Naeem  A.  Mahoto  

Inverse  RotaRon  along  X-­‐axis  

Wednesday,  August  5,  2015  

V = (Rαx)-1 V*

(Rαx)-­‐1  represents  the  Inverse  RotaRon  Matrix  

(Rαx).  (Rα

x)-­‐1  =    I  (IdenRty  Matrix)  

X1  Y1  Z1  =  

1                  0                  0    0          cosα        sinα  

0          -­‐sinα      cosα  

X2  Y2  Z2  

Page 29: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  The  Inverse  rotaRon  of  an  angle,  say  (θo),  around  an  axis  is,  equivalent  to  the  rotaRon  by  (–θo)  around  same  axis  

•  For  example,  Inverse  RotaRon  of  θ  around  Z-­‐axis  is  equivalent  to  the  rotaRon  of  –θ  around  Z-­‐axis  

Naeem  A.  Mahoto  

Inverse  RotaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

(RθZ)-­‐1        =    R-­‐θ

Z    

cosθ  sinθ  0  -­‐sinθ  cosθ                    0  

0  0                              1  

cosθ  sinθ  0  -­‐sinθ  cosθ  0  

0  0                            1  

=  

⎩⎨⎧ =

=⋅otherwise0

1 jiRR j

Ti

Remember that Rotation Matrices are Ortho normal!

(RθZ)T.(Rθ

Z)    =  (RθZ).(Rθ

Z)T  =  I  (IdenRty  Matrix)  

Therefore, inverse of a rotation matrix is just its transpose.

Page 30: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

Original Image

Page 31: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

Naeem  A.  Mahoto  

RotaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

Rotated @ 180o Rotated @ 270o

Page 32: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  A  class  of  linear  2D  geometric  transformaRon,  which  maps  variables  (i.e.,  pixel  intensity  values)  located  at  (x1,  y1)  of  input  image  into  new  variables  (x2,  y2)  of  output  image.  

•  The  general  affine  transformaRon  is  commonly  wri]en  in  homogeneous  coordinates  as  shown:  

•  Homogenous  coordinates:  A  coordinate  system  used  in  projecRve  geometry  including  points  at  infinity.  It  represents  infinity  using  finite  coordinates    

Naeem  A.  Mahoto  

Affine  TransformaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 33: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  Lets  consider  a,  w  two  real  numbers,  then  v  =  a/w  tends  to  infinity  if  w  tends  to  zero.  If  w  !=  0  then  v  =  a/w,  and  if  w  =  0,  infinite  value  is  represented  by  v  =  (a,0).  Thus  concept  of  infinity  is  represented  as  number  pair  like  (a,w)  

•  Replace  x-­‐y  coordinates  in  digital  image  with  x/w,  y/w.  A  funcRon  f(x,y)  becomes  f(x/w,  y/w)  

•     •  By  defining  only  the  B  matrix,  this  transformaRon  can  carry  out  

pure  TranslaRon:  

Naeem  A.  Mahoto  

Affine  TransformaRon:  TranslaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 34: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  Similarly,  pure  Scaling  is:    

Naeem  A.  Mahoto  

Affine  TransformaRon:  Scaling  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 35: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  Pure  RotaRon    uses  the  A  matrix  and  is  defined  as  (for  posiRve  angles  being  clockwise  rotaRons):  

Naeem  A.  Mahoto  

Affine  TransformaRon:  RotaRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 36: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

•  Some  of  the  important  characterisRcs  of  PerspecRve  ProjecRon  are:  –  Objects  which  are  of  the  same  size  but  at  different  distances  from  the  

image  plane  would  appear  to  be  of  different  sizes.    –  Parallel  lines  in  the  scene  would  appear  to  converge  at  some  finite  

point.    –  The  expanse  of  an  object  along  the  line  of  sight  appears  much  smaller  

compared  to  the  expanse  along  a  direcRon  perpendicular  to  the  line  of  sight.  

–  Consider  a  plane  which  is  parallel  to  the  image  plane  and  passing  through  the  center  of  projecRons.  All  the  world  points  lying  on  this  plane  will  not  get  projected  on  to  the  image  plane.             Naeem  A.  Mahoto  

PerspecRve  ProjecRon  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 37: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

1.  Show  that  following  idenRRes  are  true:  I.   R90

Y  .  R90X  =  R270

Z  .  R90Y    

II.   R90Y  .  R180

X  =  R180Z  .  R90

Y    III.   R180

Y  .  R90X  =  R180

Z  .  R270X    

IV.  R180Y  .  R270

X  =  R180Z  .  R90

X    

3.  Consider  a  vector  (7,3,2)  which  is  rotated  around  Z-­‐axis  by  900,  and  then  rotated  around  Y-­‐axis  by  900  and  finally  translated  by  (4,-­‐3,7).  Find  the  new  coordinates  of  the  vector.  All  rotaRons  are  clockwise.  

         

Naeem  A.  Mahoto  

Homework  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 38: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

3.  What  is  rotaRon  for  an  object  rotated  by  300  around  z-­‐axis,  followed  by  600  around  x-­‐axis  and  followed  by  900  a  rotaRon  of  around  y-­‐axis.  All  rotaRons  are  counter  clockwise.  

         

Naeem  A.  Mahoto  

Homework  

Wednesday,  August  5,  2015  

Page 39: WeekNo.%04 Imaging%Geometry% (course:%Computer%Vision)• Imaging%Geometry% • Translaon% • Scaling% • Rotaon% Naeem%A.%Mahoto% Outline% Wednesday,%August5,%2015%

Naeem  A.  Mahoto  Wednesday,  August  5,  2015