正交投影矩陣-原理及推導


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二維投影

上圖表示的是,向量b在向量a上的投影。顯然有例如以下表達式:

當中,P為投影矩陣,由P的表達式能夠看出,它具有例如以下性質:


三維投影

       三維投影,就是將一個向量投影到一個平面上。同上面一樣,如果是將b向量投影到平面上的p向量,則有表達式:

e是垂直與平面的向量。

 

因為p向量在平面上。則p向量能夠由該平面的2個線性無關向量(正如。在xy平面的不論什么向量都能夠由x軸,y軸表示)表示:

 

因為e垂直平面,則e向量垂直與平面中的隨意向量。則有:

將上式化簡求得x:

又由於p=Ax,Pb=p,則得到投影矩陣為:

由P的表達式能夠看出,它具有例如以下性質:

上面的投影矩陣是通式。當投影在一維情況時,數值的逆是它的倒數,A即為直線上的隨意一個向量a,投影矩陣為:


實例說明:

 

如上圖,如果我們要將向量b投影到水平面上。其投影為p,a1,a2為水平面的兩個線性無關向量,它們的參數分別為:

那么A=[a1 a2]即:

由上面我們求得的通式,可得投影矩陣P:

知道投影矩陣P后。我們能夠得到b在水平面上的投影p為:

 

顯然,p與我們圖中所看到的的結果同樣。這里我們是以三維情況進行舉例的,更高維情況。我們無法用圖像來描寫敘述,可是通式也是成立的。


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