Point Set Registration: Coherent Point Drift

点集注册 刚性变换 离群值 算法 质心 混合模型 数学 转化(遗传学) 人工智能 噪音(视频) 期望最大化算法 计算机科学 模式识别(心理学) 点(几何) 图像(数学) 几何学 统计 最大似然 化学 基因 生物化学
作者
Andriy Myronenko,Xubo Song
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [IEEE Computer Society]
卷期号:32 (12): 2262-2275 被引量:2480
标识
DOI:10.1109/tpami.2010.46
摘要

Point set registration is a key component in many computer vision tasks. The goal of point set registration is to assign correspondences between two sets of points and to recover the transformation that maps one point set to the other. Multiple factors, including an unknown nonrigid spatial transformation, large dimensionality of point set, noise, and outliers, make the point set registration a challenging problem. We introduce a probabilistic method, called the Coherent Point Drift (CPD) algorithm, for both rigid and nonrigid point set registration. We consider the alignment of two point sets as a probability density estimation problem. We fit the Gaussian mixture model (GMM) centroids (representing the first point set) to the data (the second point set) by maximizing the likelihood. We force the GMM centroids to move coherently as a group to preserve the topological structure of the point sets. In the rigid case, we impose the coherence constraint by reparameterization of GMM centroid locations with rigid parameters and derive a closed form solution of the maximization step of the EM algorithm in arbitrary dimensions. In the nonrigid case, we impose the coherence constraint by regularizing the displacement field and using the variational calculus to derive the optimal transformation. We also introduce a fast algorithm that reduces the method computation complexity to linear. We test the CPD algorithm for both rigid and nonrigid transformations in the presence of noise, outliers, and missing points, where CPD shows accurate results and outperforms current state-of-the-art methods.
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