lm算法是什么算法_opencv图像处理算法

lm算法是什么算法_opencv图像处理算法1.高斯牛顿法残差函数f(x)为非线性函数,对其一阶泰勒近似有:这里的J是残差函数f的雅可比矩阵,带入损失函数的:令其一阶导等于0,得:这就是论文里常看到的normalequation。2.LMLM是对高斯牛顿法进行了改进,在求解过程中引入了阻尼因子:2.1阻尼因子的作用:2.2阻尼因子的初始值选取:一个简单的策略就是:2.3阻尼因子的更新策略3.核心代码讲解3.1构建H矩阵void…

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1. 高斯牛顿法

残差函数f(x)为非线性函数,对其一阶泰勒近似有:

lm算法是什么算法_opencv图像处理算法

这里的J是残差函数f的雅可比矩阵,带入损失函数的:

lm算法是什么算法_opencv图像处理算法

lm算法是什么算法_opencv图像处理算法

令其一阶导等于0,得:

lm算法是什么算法_opencv图像处理算法

这就是论文里常看到的normal equation。

2.LM

LM是对高斯牛顿法进行了改进,在求解过程中引入了阻尼因子:

lm算法是什么算法_opencv图像处理算法

2.1 阻尼因子的作用:

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2.2 阻尼因子的初始值选取:

一个简单的策略就是:

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2.3 阻尼因子的更新策略

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3.核心代码讲解

3.1 构建H矩阵

void Problem::MakeHessian() {

TicToc t_h;

// 直接构造大的 H 矩阵

ulong size = ordering_generic_;

MatXX H(MatXX::Zero(size, size));

VecX b(VecX::Zero(size));

// TODO:: accelate, accelate, accelate

//#ifdef USE_OPENMP

//#pragma omp parallel for

//#endif

// 遍历每个残差,并计算他们的雅克比,得到最后的 H = J^T * J

for (auto &edge: edges_) {

edge.second->ComputeResidual();

edge.second->ComputeJacobians();

auto jacobians = edge.second->Jacobians();

auto verticies = edge.second->Verticies();

assert(jacobians.size() == verticies.size());

for (size_t i = 0; i < verticies.size(); ++i) {

auto v_i = verticies[i];

if (v_i->IsFixed()) continue; // Hessian 里不需要添加它的信息,也就是它的雅克比为 0

auto jacobian_i = jacobians[i];

ulong index_i = v_i->OrderingId();

ulong dim_i = v_i->LocalDimension();

MatXX JtW = jacobian_i.transpose() * edge.second->Information();

for (size_t j = i; j < verticies.size(); ++j) {

auto v_j = verticies[j];

if (v_j->IsFixed()) continue;

auto jacobian_j = jacobians[j];

ulong index_j = v_j->OrderingId();

ulong dim_j = v_j->LocalDimension();

assert(v_j->OrderingId() != -1);

MatXX hessian = JtW * jacobian_j;

// 所有的信息矩阵叠加起来

H.block(index_i, index_j, dim_i, dim_j).noalias() += hessian;

if (j != i) {

// 对称的下三角

H.block(index_j, index_i, dim_j, dim_i).noalias() += hessian.transpose();

}

}

b.segment(index_i, dim_i).noalias() -= JtW * edge.second->Residual();

}

}

Hessian_ = H;

b_ = b;

t_hessian_cost_ += t_h.toc();

delta_x_ = VecX::Zero(size); // initial delta_x = 0_n;

}

3.2 将构建好的H矩阵加上阻尼因子

void Problem::AddLambdatoHessianLM() {

ulong size = Hessian_.cols();

assert(Hessian_.rows() == Hessian_.cols() && “Hessian is not square”);

for (ulong i = 0; i < size; ++i) {

Hessian_(i, i) += currentLambda_;

}

}

3.3 进行求解后,验证该步的解是否合适,代码对应阻尼因子的更新策略

bool Problem::IsGoodStepInLM() {

double scale = 0;

scale = delta_x_.transpose() * (currentLambda_ * delta_x_ + b_);

scale += 1e-3; // make sure it’s non-zero :)

// recompute residuals after update state

// 统计所有的残差

double tempChi = 0.0;

for (auto edge: edges_) {

edge.second->ComputeResidual();

tempChi += edge.second->Chi2();

}

double rho = (currentChi_ – tempChi) / scale;

if (rho > 0 && isfinite(tempChi)) // last step was good, 误差在下降

{

double alpha = 1. – pow((2 * rho – 1), 3);

alpha = std::min(alpha, 2. / 3.);

double scaleFactor = (std::max)(1. / 3., alpha);

currentLambda_ *= scaleFactor;

ni_ = 2;

currentChi_ = tempChi;

return true;

} else {

currentLambda_ *= ni_;

ni_ *= 2;

return false;

}

}

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