]> git.rustad.me Git - master/commitdiff
THRMS
authorBjørn Rustad <bjorn@rustad.me>
Mon, 27 Oct 2014 16:29:27 +0000 (17:29 +0100)
committerBjørn Rustad <bjorn@rustad.me>
Mon, 27 Oct 2014 16:29:27 +0000 (17:29 +0100)
theory.tex

index 104068df37c579764017aac42fdc4161aca9162a..4019a303d4d9667da72ac2e3ee437edc782ba05f 100644 (file)
@@ -372,10 +372,12 @@ metric tensor in each point.
 \begin{theorem}[The Riemannian Cauchy--Crofton formula]
     In the case where the scalar product in each point depends on a
     metric tensor $M(x)$ varying continuously over our space, the
-    Cauchy--Crofton formula becomes
+    Cauchy--Crofton formula becomes \fixme{assuming some stuff about
+    stuff}
     \begin{equation}
-        \abs{C}_M = \int_\mathcal{L} \sum_{p \in l_{\nu, \rho} \cap C}
-        \, \frac{\det M(x)}{2 \left( \nu^T \cdot M(x) \cdot \nu \right)}
+        \abs{C}_M = \int_\mathcal{L} \sum_{x \in l_{\nu, \rho} \cap C}
+        \, \frac{\det M(x)}{2 \left( \nu^T \cdot M(x) \cdot \nu
+        \right)^{\sfrac{3}{2}}}
         \, d\mathcal{L}(l_{\nu, \rho}).
     \end{equation}
 \end{theorem}
@@ -516,8 +518,8 @@ metric tensor in each point.
         C \cap U_i) \, w_i(\nu) \, d\mathcal{L}(l_{\nu, \rho})
         \label{eq:mpi_approx}
     \end{equation}
-    where $w_i$ is the weight-function used in the set $U_i$ using the
-    constant tensor $M_\pi(x_i)$ and can be written
+    where $w_i$ is the weight-function used in the set $U_i$ which can
+    be written
     \begin{equation}
         w_i(\nu) = \frac{\det M(x_i)}{\left(\nu^T M(x_i) \nu
         \right)^{\sfrac{3}{2}}}.
@@ -528,6 +530,7 @@ metric tensor in each point.
     \begin{equation}
         w_\pi(\nu, x) = \frac{\det M_\pi(x)}{\left(\nu^T M_\pi(x) \nu
         \right)^{\sfrac{3}{2}}}.
+        \label{eq:wpi_def}
     \end{equation}
     Using this weight in \eqref{eq:mpi_approx} we can get rid of the sum
     over the partition $i$ and form a sum of all intersection point of
@@ -547,54 +550,84 @@ metric tensor in each point.
 
     Recall from \fixme{ref} that the left hand side is calculated as
     \begin{equation}
-        \abs{C}_{M_\pi} = \int_C \sqrt{ \dot{C}^T M_\pi \dot{C} } \, dt.
+        \abs{C}_{M_\pi}
+        = \int_C \abs{\dot{C}}_{M_\pi} \, dt
+        = \int_C \sqrt{ \dot{C}(t)^T M_\pi\big( C(t) \big) \dot{C}(t) }
+        \, dt.
     \end{equation}
-    We know that $M_\pi(x)$ converges pointwise to $M(x)$ and using the
-    fact that the largest eigenvalue of $M$ is equal to 1, we know that
+    We know that $M_\pi(x)$ converges pointwise to $M(x)$, and thus
+    $\abs{\dot{C}}_{M_\pi}$ converges pointwise to $\abs{\dot{C}}_M$.
+    The largest eigenvalue of $M$ is equal to 1 and we can parametrize
+    $C$ by its arclength parameter such that $\abs{\dot{C}} = 1$. Thus
     the integrand is bounded and we can apply Lebesgue's dominated
     convergence theorem to see that $\abs{C}_{M_\pi} \to
-    \abs{C}_{M(x)}$.
+    \abs{C}_{M}$.
 
     We apply the same theorem to show that the right hand side of
-    \fixme{ref} converges, but showing that $w_\pi(\nu, x)$ is bounded
-    is a bit more involved.
-
-    If we manage to bound the singular values and keep them away from
-    $0$, that would be great. The singular values \fixme{or eigenvalues}
-    of our tensor is
+    \fixme{ref} converges, but showing that $\sum_x w_\pi(\nu, x)$ is
+    bounded is a bit more involved. Recall the definition of $w_\pi$ in
+    \eqref{eq:wpi_def}. The numerator is equal to $\sigma_1^2
+    \sigma_2^2$ and thus from the construction in \fixme{ref} bounded
+    from above by $1$.
+
+    Next we need to bound $\nu^T M_\pi(x) \nu$ away from zero. According
+    to the Rayleigh principle \fixme{sigma squared is a bit meh?}
+    \begin{equation}
+        \sigma_2^2 = \min_{\norm{\xi} = 1} \sqrt{\xi^T M_\pi(x) \xi}
+    \end{equation}
+    and thus $\nu^T M_\pi(x) \nu \geq \sigma_2^2$ where $\sigma_2^2$ is
+    the smallest eigenvalue of $M_\pi(x)$. Recalling the construction in
+    \fixme{ref} we know that
     \begin{align}
-        \sigma_1 &= 1 \\
-        \sigma_2 &= \frac{1}{1 + \frac{(s_1 -
-        s_2)^2}{\gamma^2}} \geq \frac{1}{1 + \frac{s_1^2}{\gamma^2}}
-        \geq \Kappa > 0
+        \sigma_2^2 &= \left(1 + \frac{(s_1 -
+        s_2)^2}{\gamma^2}\right)^{-1} \geq \left(1 +
+        \frac{s_1^2}{\gamma^2}\right)^{-1},
     \end{align}
-    and thus we only have to prove that the largest eigenvalue of our
-    structure tensor $s_1$ is finite to show that the singular values of
-    our metric tensor is bounded.
-
-    The structure tensor is made by taking the outer product of the
-    gradient of each point in a smoothed version of the noisy image $f$.
-    This tensor is then again smoothed component-wise with a Gaussian
-    kernel
+    where $s_1$ and $s_2$ are the largest and smallest eigenvalue of our
+    structure tensor respectively. Bounding $s_1$ from above would then
+    imply $\sigma_2^2 \geq K > 0$.
+
+    The structure tensor is constructed as follows:
     \begin{equation}
-        \nabla f_{\rho_1} \otimes \nabla f_{\rho_1} \mapsto K_{\rho_2} *
-        \left( \nabla f_{\rho_1} \otimes \nabla f_{\rho_1} \right).
+        S(x) = \left(K_{\rho} * \left( \nabla \tilde{f}_{\sigma} \otimes \nabla
+        \tilde{f}_{\sigma} \right)\right)(x).
     \end{equation}
-    This is a smooth map from $\bar{\Omega}$ to $\mathbb{R}^{2\times
-    2}$, and assuming that our original image $f$ is bounded (?), so is
-    this tensor.
-
-    The singular values are the roots of a polynomial which depend
-    continuously on the coefficients of the polynomial which depend
-    continuously on the entries of the tensor. Thusly, the singular
-    values are also bounded and the eigenvalues of our metric tensor is
-    greater than $0$.
+    This is a smooth continuous map from $\bar{\Omega}$ to
+    $\mathbb{R}^{2\times 2}$. As we can see in \fixme{ref} the
+    eigenvalues are the roots of a monic polynomial and thus depend
+    continuously on the coefficients of the polynomial, which in turn
+    are continuous functions of the elements in the structure tensor
+    $S(x)$.
+
+    This proves that our weight function $w_\pi$ is bounded from above,
+    but the sum
+    \begin{equation}
+        \sum_{x \in l_{\nu, \rho} \cap C} w_\pi(\nu, x)
+    \end{equation}
+    might be infinite. However, if this happens for a set of lines with
+    measure greater than zero, the Euclidean Cauchy--Crofton formula in
+    \fixme{ref} implies that the curve is infinitely long.
 
-    According to the Rayleigh principle \fixme{REF}
+    Assuming that our curve has finite length we can therefore bound the
+    integrand of \fixme{ref} and conclude using Lebesgue's dominated
+    convergence theorem \fixme{ref} that
+    \begin{equation}
+        \int_\mathcal{L} \sum_{x \in l_{\nu, \rho} \cap C}
+        w_\pi(\nu, x) \, d\mathcal{L}(l_{\nu, \rho})
+        \to
+        \int_\mathcal{L} \sum_{x \in l_{\nu, \rho} \cap C}
+        w(\nu, x) \, d\mathcal{L}(l_{\nu, \rho})
+    \end{equation}
+    \fixme{introduce $w$ somewhere}
+    which--as both sides of the equality has been shown to
+    converge--leaves us with what we wanted to prove
     \begin{equation}
-        \sigma_2 = \min_{\norm{x} = 1} \sqrt{x^T A x},
+        \abs{C}_M =
+        \int_\mathcal{L} \sum_{x \in l_{\nu, \rho} \cap C}
+        \frac{\det M(x)}{2 \left( \nu^T \cdot M(x) \cdot \nu
+        \right)^{\sfrac{3}{2}}} \,
+        d\mathcal{L}(l_{\nu, \rho})
     \end{equation}
-    so the denominator of \fixme{ref} is greater than $0$.
 \end{proof}
 
 \chapter{Discrete formulation}