通过点拟合圆

通过点拟合圆

  • 三点确定一个圆
  • 多点拟合一个圆

三点确定一个圆

参考代码: matlab空间三点求圆心
代码中使用的算法原理是:三个点确定两个线段,圆心位于两个线段的中垂线上,所以圆心坐标符合两个中垂线的性质,具体推导如下(我的推导过程和原文中的稍有区别,我算出d,原文算出k,思路一致):
通过点拟合圆_第1张图片
代码转自博客: matlab空间三点求圆心

function p = CircleCenter(p1, p2, p3)
% CircleCenter(p1, p2, p3) 根据三个空间点,计算出其圆心
%   p1,p2,p3:三个空间点
 % 圆的法向量
 pf= cross(p1-p2, p1-p3);

 if any(pf == 0)
     error('三个点不能共线!!');
 end

 % 两条线段的重点,之后需要求中垂线
 p12 = (p1 + p2)/2;
 p23 = (p2 + p3)/2;

 % 求两条线的中垂线
 p12f = cross(pf, p1-p2);
 p23f = cross(pf, p2-p3);

 % 求在中垂线上投影的大小
 ds = ( (p12(2)-p23(2))*p12f(1) - (p12(1)-p23(1))*p12f(2) ) / ( p23f(2)*p12f(1) - p12f(2)*p23f(1) );

 % 得出距离
 p = p23 + p23f .* ds;

end

多点拟合一个圆

在空间中,我们有时候需要多个点去拟合一个最佳的圆。
转自博客 最小二乘法拟合圆
通过点拟合圆_第2张图片
通过点拟合圆_第3张图片
通过点拟合圆_第4张图片
通过点拟合圆_第5张图片
原博客附加代码:

/**
 * 最小二乘法拟合圆
 * 拟合出的圆以圆心坐标和半径的形式表示
 * 此代码改编自 newsmth.net 的 jingxing 在 Graphics 版贴出的代码。

 * 版权归 jingxing, 我仅仅是搬运工外加一些简单的改动工作。
 */
typedef complex<int> POINT;
bool circleLeastFit(const std::vector<POINT> &points, double &center_x, double &center_y, double &radius)
{
     center_x = 0.0f;
     center_y = 0.0f;
     radius = 0.0f;
     if (points.size() < 3)
     {
         return false;
     }

     double sum_x = 0.0f, sum_y = 0.0f;
     double sum_x2 = 0.0f, sum_y2 = 0.0f;
     double sum_x3 = 0.0f, sum_y3 = 0.0f;
     double sum_xy = 0.0f, sum_x1y2 = 0.0f, sum_x2y1 = 0.0f;

     int N = points.size();
     for (int i = 0; i < N; i++)
     {
         double x = points[i].real();
         double y = points[i].imag();
         double x2 = x * x;
         double y2 = y * y;
         sum_x += x;
         sum_y += y;
         sum_x2 += x2;
         sum_y2 += y2;
         sum_x3 += x2 * x;
         sum_y3 += y2 * y;
         sum_xy += x * y;
         sum_x1y2 += x * y2;
         sum_x2y1 += x2 * y;
     }

     double C, D, E, G, H;
     double a, b, c;

     C = N * sum_x2 - sum_x * sum_x;
     D = N * sum_xy - sum_x * sum_y;
     E = N * sum_x3 + N * sum_x1y2 - (sum_x2 + sum_y2) * sum_x;
     G = N * sum_y2 - sum_y * sum_y;
     H = N * sum_x2y1 + N * sum_y3 - (sum_x2 + sum_y2) * sum_y;
     a = (H * D - E * G) / (C * G - D * D);
     b = (H * C - E * D) / (D * D - G * C);
     c = -(a * sum_x + b * sum_y + sum_x2 + sum_y2) / N;

     center_x = a / (-2);
     center_y = b / (-2);
     radius = sqrt(a * a + b * b - 4 * c) / 2;
     return true;
}

作者给出的效果图:通过点拟合圆_第6张图片

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