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■24376 / inTopicNo.1)  円の最小二乗法
  
□投稿者/ arlanda 一般人(1回)-(2007/04/30(Mon) 23:48:23)
    円の最小二乗法について教えて下さい。
    円周上付近にある座標(Xi,Yi)から、その円の中心や半径を求めたいと思っています。
    ただし円周上の座標は、一部(例えば0〜60度)欠落している場合があります。
    最小二乗法を用いて算出することは可能でしょうか?
    またその方法を、お教え頂ければ幸いです。
    よろしくお願いいたします。

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■24380 / inTopicNo.2)  Re[1]: 円の最小二乗法
□投稿者/ 白拓 大御所(728回)-(2007/05/01(Tue) 04:45:04)
    3点が既知であれば、円の半径、中心は簡単に求められます。
    3点以上が既知のとき、フィッティングさせる最適な円を評価する
    一つの方法として最小二乗法を用いて算出できます。
     
       J=Σ_i {(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}^2
    ∂J/∂Xo=∂J/∂Yo=∂J/∂r=0
         となるXo,Yo,rを求めればいいと思います。
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■24381 / inTopicNo.3)  Re[2]: 円の最小二乗法
□投稿者/ 白拓 大御所(729回)-(2007/05/01(Tue) 05:44:46)
    J=Σ_i {(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}^2

    ∂J/∂Xo=4Σ_i (Xo-Xi){(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=0
    ∂J/∂Yo=4Σ_i (Yo-Yi){(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=0
    ∂J/∂r=4Σ_i -r{(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=0

    Σ_i (Xo-Xi){(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=0
    Σ_i (Yo-Yi){(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=0

    rΣ_i {(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=0 , r≠0
    Σ_i {(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=0

    Σ_i (Xo-Xi){(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=XoΣ_i {(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}-Σ_i Xi{(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=0
    Σ_i Xi{(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=0
    同様に
    Σ_i Yi{(Xi-Xo)^2+(Yi-Yo)^2-r^2}=0

    Σ_i {Xi^2-2XoXi+Xo^2+Yi^2-2YoYi+Yo^2-r^2}
    = nXo^2+nYo^2-nr^2-(2Σ_i Xi)Xo-(2Σ_i Yi)Yo+Σ_i {Xi^2+Yi^2}=0
    同様に…

    A=Σ_i Xi, B=Σ_i Yi, C=Σ_i Xi^2, D=Σ_i Yi^2, E=Σ_i Xi^3, F=Σ_i Yi^3,
    G=Σ_i XiYi, H=Σ_i Xi^2Yi, I=Σ_i XiYi^2, Xo=x, Yo=y, r=z


    n(x^2+y^2-z^2)-2Ax-2By+(C+D)=0
    nA(x^2+y^2-z^2)-2Cx-2Gy+(E+I)=0
    nB(x^2+y^2-z^2)-2Gx-2Dy+(H+F)=0


    -2(C-A^2)x-2(G-AB)y+(E+I-A(C+D))=0
    -2(G-AB)x-2(D-B^2)y+(E+I-B(C+D))=0

    2[(C-A^2) (G-AB) : (G-AB) (D-B^2)][x y]'= [(E+I-A(C+D)) : (E+I-B(C+D))]
    P=2[(C-A^2) (G-AB) : (G-AB) (D-B^2)], Q=[(E+I-A(C+D)) : (E+I-B(C+D))]

    [x y]'=P^-1 Q
    z= √ {(x^2+y^2)+(-2Ax-2By+C+D)/n}
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■24390 / inTopicNo.4)  Re[3]: 円の最小二乗法
□投稿者/ arlanda 一般人(2回)-(2007/05/01(Tue) 13:23:42)
    ご回答ありがとうございます。

    最終的にXo,Yo,rを求めれば良いと言う事は、解るのですが、
    私の知識不足で、数式がよく理解出来ません。
    Q=[(E+I-A(C+D)) : (E+I-B(C+D))] の : が何を意味しているのか?
    [x y]'=P^-1 Q の[x y]'が何を意味しているのか?
    などが解りません。

    最終的に
    Xo=
    Yo=
    はどのような表現になるのでしょうか?
    お教え願えればありがたいです。
    どうかよろしくお願いいたします。

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■24397 / inTopicNo.5)  Re[4]: 円の最小二乗法
□投稿者/ 白拓 大御所(730回)-(2007/05/01(Tue) 21:29:48)
    > Q=[(E+I-A(C+D)) : (E+I-B(C+D))] の : が何を意味しているのか?

    Qは2×1の行列です。:は改行を表しています。
    [x y]は1×2の行列です。'は転置を表しています。
     従って、[x y]'=[x:y]です。

    > Xo=
    > Yo=
    > はどのような表現になるのでしょうか?

    書いていますがもう一度書きます。
      Xo=x, Yo=y, r=z
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■24398 / inTopicNo.6)  Re[5]: 円の最小二乗法
□投稿者/ arlanda 一般人(3回)-(2007/05/01(Tue) 21:55:54)
    白拓さま、ありがとうございました。
    なるほど、少し解ってきました。
    知識不足で、転置なんて久しぶりに聞いた言葉でした(^^;

    自分なりに理解するのには時間がかかりますが、頑張ってみます。
    ありがとうございました。
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■24473 / inTopicNo.7)  Re[6]: 円の最小二乗法
□投稿者/ arlanda 一般人(4回)-(2007/05/04(Fri) 09:34:27)
    たびたびすみません、図々しいのですが、また質問させていただいてよろしいでしょうか?

    [x y]'=P^-1 Q
    のP^-1は
    (2[(C-A^2) (G-AB) : (G-AB) (D-B^2)])^-1
    だと思うのですが
    すみません、うまくこの逆行列が解けません
    教えて下さい
    よろしくお願いいたします。

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■24474 / inTopicNo.8)  Re[7]: 円の最小二乗法
□投稿者/ 白拓 大御所(744回)-(2007/05/04(Fri) 10:01:40)
    [a b:c d]^-1=[d -b:-c a]/(ad-bc) なので、

    (2[(C-A^2) (G-AB) : (G-AB) (D-B^2)])^-1
    =[(D-B^2) (AB-G) : (AB-G) (C-A^2)]/{2( (C-A^2)(D-B^2)-(G-AB)^2 )}
    となります。
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■24500 / inTopicNo.9)  Re[8]: 円の最小二乗法
□投稿者/ arlanda 一般人(5回)-(2007/05/04(Fri) 21:43:45)
    白拓様
    ありがとうございます、これで色々なサンプルを、やってみます。
    ありがとうございました。

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