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matlab薄板样条函数,薄板样条函数(Thin plate splines)的讨论与分析

thin-plate spline matlab

薄板样条函数(TPS)是一种很常见的插值方法。因为它一般都是基于2D插值,所以经常用在在图像配准中。在两张图像中找出N个匹配点,应用TPS可以将这N个点形变到对应位置,同时给出了整个空间的形变(插值)。

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一般人都会提到该形变会使薄板的弯曲能量最小,这里有个最容易进入的误区:是把这张2D图像看作薄板没错,但弯曲能量指的并不是N个点形变到对应位置所产生在薄板内的“弯曲”。事实上,该样条函数是对每一维的坐标变化分别进行插值。我们把每一维的形变(x或y坐标的变化)施加于垂直于薄板的方向,此时使得弯曲能量最小的形变给出了该维的插值。

1.TPS原理介绍:首先看基础函数

0818b9ca8b590ca3270a3433284dd417.png,有兴趣的可以上网画一下该函数的图像。此函数的特点是

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现在假想在一块薄板上放一个正方形框架,现在将薄板的两个点固定在该框架两个对角的上方,并把另薄板两个点固定在该框架另两个对角的下方,此时薄板会产生垂直方向上的形变和弯曲此时,弯曲能量最小的形变函数恰恰可以写成

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其中Dk为框架四个角的坐标,因为该z(x,y)是以下弯曲能量函数的最小值

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我们可以想象把这个形变嵌入到平面中去,比如把z(x,y)看作点(x,y)的x坐标的变化。如下图,两个对角上移,两个对角下移。注意此时所有的y坐标都不变

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