13、图像对齐的方法与度量探究

图像对齐的方法与度量探究

1. EMMA算法

EMMA 即“经验熵操作与分析”,是 Viola 和 Wells 提出的一种基于互信息最大化的对齐方法。为了最大化互信息(公式 4.6),需要估计其关于变换 $T$ 的导数:
$\frac{\partial}{\partial T} I(u(x), v(T(x))) = \frac{\partial}{\partial T} H(v(T(x))) - \frac{\partial}{\partial T} H(u(x), v(T(x)))$
$\approx\frac{1}{N_b} \sum_{x_b\in b} \sum_{x_a\in a} (v_b - v_a)T^2 [W_v(v_i, v_j)\psi^{-1} v - W {uv}(w_i, w_j)\psi^{-1}_{vv}] \frac{\partial}{\partial T} (v_b - v_a)$

这里,$v_i$ 表示 $v(T(x_i))$,$w_i$ 表示 $[u(x_i), v(T(x_i))]^T$ 用于联合密度。联合密度的核宽度是块对角的:$\psi^{-1} {uv} = Diag(\psi^{-1} {uu}, \psi^{-1}_{vv})$。在最后一个因子中,$(v(T(x_b)) - v(T(x_a)))$ 必须关于 $T$ 求导,所以导数的表达式取决于所涉及的变换类型。

给定导数后,可以进行梯度下降。EMMA 算法执行梯度下降的随机模拟,这种随机近似避免陷入局部最小值。以下算法在样本大小 $N_a$、$N_b$ 约为 50 个样本时能成功实现对齐:
1. $A

先展示下效果 https://pan.quark.cn/s/a4b39357ea24 遗传算法 - 简书 遗传算法的理论是根据达尔文进化论而设计出来的算法: 人类是朝着好的方向(最优解)进化,进化过程中,会自动选择优良基因,淘汰劣等基因。 遗传算法(英语:genetic algorithm (GA) )是计算数学中用于解决最佳化的搜索算法,是进化算法的一种。 进化算法最初是借鉴了进化生物学中的一些现象而发展起来的,这些现象包括遗传、突变、自然选择、杂交等。 搜索算法的共同特征为: 首先组成一组候选解 依据某些适应性条件测算这些候选解的适应度 根据适应度保留某些候选解,放弃其他候选解 对保留的候选解进行某些操作,生成新的候选解 遗传算法流程 遗传算法的一般步骤 my_fitness函数 评估每条染色体所对应个体的适应度 升序排列适应度评估值,选出 前 parent_number 个 个体作为 待选 parent 种群(适应度函数的值越小越好) 从 待选 parent 种群 中随机选择 2 个个体作为父方和母方。 抽取父母双方的染色体,进行交叉,产生 2 个子代。 (交叉概率) 对子代(parent + 生成的 child)的染色体进行变异。 (变异概率) 重复3,4,5步骤,直到新种群(parentnumber + childnumber)的产生。 循环以上步骤直至找到满意的解。 名词解释 交叉概率:两个个体进行交配的概率。 例如,交配概率为0.8,则80%的“夫妻”会生育后代。 变异概率:所有的基因中发生变异的占总体的比例。 GA函数 适应度函数 适应度函数由解决的问题决定。 举一个平方和的例子。 简单的平方和问题 求函数的最小值,其中每个变量的取值区间都是 [-1, ...
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