理论教育 如何确定旋转矩阵R和平移矢量T

如何确定旋转矩阵R和平移矢量T

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:前面提到通过两台经纬仪互瞄和测量一参考尺度,再通过空间解析计算求得两经纬仪的相互位置关系。只要将此R、T值代入式,并将像面坐标值改为角度值就可得到传统的空间前方交会模型。下面讨论一般过程的R和T值的确定。对Tx、Ty、Tz而言它是齐次的。这样平移矢量T可由下式确定至此我们确定出旋转矩阵R和平移矢量T。

如何确定旋转矩阵R和平移矢量T

前面提到通过两台经纬仪互瞄和测量一参考尺度,再通过空间解析计算求得两经纬仪的相互位置关系。实际上这就是确定RT的过程。它是通过调水平后互瞄使得R=ETz=0,即两经纬仪之间只存在纯平移关系,该过程是人为调整的过程;再对一已知精确长度值的基准标尺进行测量反算出Tx=bTy=h,这时T=(bh 0)T。只要将此R、T值代入式(8),并将像面坐标值改为角度值就可得到传统的空间前方交会模型。因此,我们可认为传统的数学模型是所建立的新模型的特例。下面讨论一般过程的R和T值的确定。

从式(8)中我们得到

Tx-XbTz)[Ybr7Xa+r8Ya+r9)-(r4Xa+r5Ya+r6)]

=(Ty-YbTz)[Xbr7Xa+r8Ya+r9)-(r1Xa+r2Ya+r3)] (9)

式(9)是一个含有12个未知数TxTyTzr1r2r3r4r5r6r7r8r9非线性方程。对TxTyTz而言它是齐次的。所以,我们只能求得含有比例因子的T。在求得T(含有比例因子)和R以后,可利用式(8)对每个观测点求得带有比例因子的zwi

T′=αT,根据坐标系的选择法可知Tx≠0,我们选择α=1/Tx。于是有

T′=(1 Ty TzT (10)

这样,式(10)可认为是一个含有11个未知数TyTzr1r2r3r4r5r6r7r8r9的非线性方程,用函数fx)=0来描述,其中

x=(TyTzr1r2r3r4r5r6r7r8r9

另外,r1r9构成的旋转矩阵R是正交的,因而具有六个正交约束条件并由此可构造如下罚函数

其中,M1M6为罚因子,从而得到无约束最优目标函数为(www.daowen.com)

最后可用牛顿高斯法求解出x。

由式(8)不难求出

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对于Pi点的空间位置分别为(xwiywizwi)、(xbiybizbi),对应的像面坐标分别为(XaiYai)、(XbiYbi),其间的关系已描述过。因此,根据透视投影特点,我们可将空间点PiPj间的距离Dij表示为

zwiXai-zwjXaj2+(zwiYai-zwjYaj2+(zwi-zwj2=D2ij (13)前面提到,我们只能先求得带有比例因子的zw,即zw=αzw。则式(13)可改写为

z′wiXai-z′wjXaj2+(z′wiYai-z′wjYaj2+(z′wi-z′wj2=α2D2ij (14)

一旦x已知,根据任两点间的已知距离值Dij就可由下式求得比例因子α,即

比例因子符号α由坐标选择法决定。这样平移矢量T可由下式确定

至此我们确定出旋转矩阵R和平移矢量T。

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