Approximations of Shape Metrics and Application to Shape Warping and Empirical Shape Statistics
- Others:
- Spatio-Temporal Activity Recognition Systems (STARS) ; Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
- Computer and biological vision (ODYSSEE) ; Département d'informatique - ENS Paris (DI-ENS) ; École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) ; Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Inria Paris-Rocquencourt ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École des Ponts ParisTech (ENPC)
- Mathematical and Computational Neuroscience (NEUROMATHCOMP) ; Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM) ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (JAD) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
- Centre d'Enseignement et de Recherche en Technologies de l'Information et Systèmes (CERTIS) ; École des Ponts ParisTech (ENPC)
- Vision, Action et Gestion d'informations en Santé (VisAGeS) ; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique ; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE (IRISA-D5) ; Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA) ; Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Télécom Bretagne-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Télécom Bretagne-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA) ; Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Télécom Bretagne-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Télécom Bretagne-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Krim
- Hamid and Yezzi
- Anthony
Description
This chapter proposes a framework for dealing with two problems related to the analysis of shapes: the definition of the relevant set of shapes and that of defining a metric on it. Following a recent research monograph by Delfour and Zolésio [8], we consider the characteristic functions of the subsets of ℝ2 and their distance functions. The L 2 norm of the difference of characteristic functions and the L∞ and the W 1,2 norms of the difference of distance functions define interesting topologies, in particular that induced by the well-known Hausdorff distance. Because of practical considerations arising from the fact that we deal with image shapes defined on finite grids of pixels, we restrict our attention to subsets of ℝ2 of positive reach in the sense of Federer [12], with smooth boundaries of bounded curvature. For this particular set of shapes we show that the three previous topologies are equivalent. The next problem we consider is that of warping a shape onto another by infinitesimal gradient descent, minimizing the corresponding distance. Because the distance function involves an inf, it is not differentiable with respect to the shape. We propose a family of smooth approximations of the distance function which are continuous with respect to the Hausdorff topology, and hence with respect to the other two topologies. We compute the corresponding Gâteaux derivatives. They define deformation flows that can be used to warp a shape onto another by solving an initial value problem. We show several examples of this warping and prove properties of our approximations that relate to the existence of local minima. We then use this tool to produce computational de.nitions of the empirical mean and covariance of a set of shape examples. They yield an analog of the notion of principal modes of variation. We illustrate them on a variety of examples.
Abstract
International audience
Additional details
- URL
- https://hal.science/hal-01117516
- URN
- urn:oai:HAL:hal-01117516v1
- Origin repository
- UNICA