Why is it that semidefinite relaxations have been so successful in numerous applications in computer vision and robotics for solving non-convex optimization problems involving rotations? In studying the empirical performance, we note that there are hardly any failure cases reported in the literature, motivating us to approach these problems from a theoretical perspective. A general framework based on tools from algebraic geometry is introduced for analyzing the power of semidefinite relaxations of problems with quadratic objective functions and rotational constraints. Applications include registration, hand-eye calibration, camera resectioning and rotation averaging. We characterize the extreme points, and show that there are plenty of failure cases for which the relaxation is not tight, even in the case of a single rotation. We also show that for some problem classes, an appropriate rotation parametrization guarantees tight relaxations. Our theoretical findings are accompanied with numerical simulations, providing further evidence and understanding of the results.


翻译:为什么半无限制的放松在计算机视觉和机器人的众多应用中如此成功地解决了与轮换有关的非电离层优化问题?在研究经验性表现时,我们注意到文献中几乎没有报告过任何失败案例,促使我们从理论角度处理这些问题。根据代数几何学工具引入了一个总框架,用于分析半无限制放松四端客观功能和轮换限制问题的力量。应用包括登记、手眼校准、照相机切除和平均轮换。我们描述极端点,并表明许多失败案例的松懈程度并不严格,即使是单次轮换也是如此。我们还表明,对于某些问题类别,适当的旋转石化保证了紧张的放松。我们的理论发现伴随着数字模拟,提供了进一步的证据和对结果的理解。

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