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    MATLAB 如何求取离散点的曲率最大值

    我就废话不多说了,大家还是直接看代码吧~

    x0 = linspace(0.1,2,100);%x0,y0验证函数离散点,可以非等间隔
    y0 = 1./x0;
    h1 = abs(diff(x0)) ;
    h = [h1 h1(end)];
    ht = h;
    yapp1 = gradient(y0)./ht; %matlab数值近似
    yapp2 = del2(y0)./ht; %matlab数值近似
    k2 = abs(yapp2)./(1+yapp1.^2).^(3/2);
    figure
    plot(k2)
    title('曲率曲线')
    [~,maxFlag] = max(k2);%曲率最大位置
    x_max = x0(maxFlag);
    y_max = y0(maxFlag);
    %画出图像 标注曲率最大点
    figure
    plot(x0,y0,'.-');
    hold on;
    plot(x_max,y_max,'rp')
    title('标注最大曲率点')
    xlabel('log10((norm(B*Xk-L)))')
    ylabel('log10((norm(Xk)))')

    补充:MATLAB 插值+计算离散点曲率

    思路:点足够密的话直接用 diff、gradient 求曲率,稀疏的话先插值再算曲率。

    公式:

    点密的情况 输入曲线坐标(1-2)求一、二阶导数(4-9)通过公式求得曲率(10)

    x = 0:0.01:7;
    y = cos(x*0.5*pi); 
    h1 = abs(diff(x));
    h = [h1 h1(end)];
    ht = h; 
    y1 = gradient(y)./ht;
    y2 = gradient(y1)./ht;
    curv = abs(y2)./sqrt((1+y1.^2).^3); 
    plot(x,y,'-',x,curv,'--r);
    legend('Raw Data, 'Curvature','Location',"best");
    grid on

    图像与下文理论值图像相同

    点稀疏的情况

    1、输入散点坐标(1-2)

    2、用样条曲线(B-Spline)等方法插值得到拟合曲线(3-4)

    3、diff、gradient 函数求拟合曲线的一、二阶导数(6-11)

    4、通过公式求得曲率(12)

    例:余弦函数取 8 个点,用 B-Spline 插值

    x = 0:1:7;
    y = cos(x*0.5*pi);
    xx = 0:0.01:7;
    yy = spline(x,y,xx); 
    h1 = abs(diff(xx));
    h = [h1 h1(end)];
    ht = h; 
    yy1 = gradient(yy)./ht;
    yy2 = gradient(yy1)./ht;
    curv = abs(yy2)./sqrt((1+yy1.^2).^3); 
    plot(xx,yy,'-',xx,curv,'--r',x,y,'o-');
    legend('B-Spline', 'Curvature','Raw Data','Location',"best");
    grid on

    补充用法

    求最大曲率并在图中标出

    [max_val,max_ind]=max(curv);
    hold on
    plot(xx(max_ind),yy(max_ind),'*r');

    与理论值(余弦函数曲线)对比

    曲线对比

    曲率对比

    几种插值方法对比

    列举四种方法,分别为:分段线性插值、三次样条曲线(B-Spline)插值、三次 Hermite 插值(PCHIP)、修正 Akima 分段三次 Hermite 插值(Akima)

    Case 1: 三维螺线

    三维螺线散点

    插值

    俯视

    侧视

    Case 2:二维梯形波

    二维梯形波

    Case 3:三维不规则折线

    三维不规则折线(不等间距)

    对比可得:

    Case 1:B-Spline>Akima>PCHIP>Linear

    Case 2:Linear>PCHIP>Akima>B-Spline

    Case 3:Linear≈PCHIP≈Akima>B-Spline

    故在插值的时候需要选择适合的计算方法

    以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持脚本之家。如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教。

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