用于对齐和比较可能不完整且忽略缩放的两组向量的算法?

问题描述如下:

我有许多点集,希望开发一个函数,能够接受一个点集,并根据它们与第一个点集的相似性对匹配进行排序。缩放、平移和旋转不重要,任何点集中可能缺少一些点。最佳匹配是指经过理想方式的缩放和平移后,点之间的均方误差最小的那个(可能需要对惩罚设定上限,或者只考虑最佳部分点以处理缺失点)。

我正在尝试找到一个好的方法来实现这一点,并想知道是否有任何已知的算法可以处理这种类型的问题?只要告诉我一个算法的名字就太棒了!我没有正式的计算机科学或数学教育,尽我所能自学。

我尝试过的一些方法

首先想到的是以某种方式标准化这些点,但我认为这没有帮助,因为缺失的点可能会影响结果。

我能想到的最好方法是通过平移到匹配它们的质心来估计一个起点,缩放以使点集从质心到最远点的距离匹配。从那里开始,进行A*搜索,进行缩放、旋转和平移,直到达到最大值,然后比较这两组点。(我希望我正确使用了A*这个术语,我的意思是尝试小的平移和缩放,并选择提供最佳匹配的移动)我认为这大多数时候能找到全局最大值,但并不能保证。我正在寻找一种总是正确的更好方法。

非常感谢您的帮助!到目前为止,试图解决这个问题既有趣又有意义,希望对您来说也是如此。


回答:

有一个非常巧妙的算法用于识别星场。你找到一个菱形形状的四个点,然后使用相距最远的两颗星来定义一个坐标系统,定位其他两颗星。这是因为位置是相对于前两颗星的,所以这是缩放和旋转不变的。这形成一个哈希。你生成几个这样的哈希,并用它们生成候选者。一旦你有了候选者,你就会寻找那些多个哈希具有正确关系的候选者。

这在http://astrometry.net/ 的一篇论文和一个演示文稿中有描述。

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