Optical flow estimation with consistent spatio-temporal coherence models

[EN] In this work we propose a new variational model for the consistent estimation of motion fields. The aim of this work is to develop appropriate spatio-temporal coherence models. In this sense, we propose two main contributions: a nonlinear flow constancy assumption, similar in spirit to the nonlinear brightness constancy assumption, which conveniently relates flow fields at different time instants; and a nonlinear temporal regularization scheme, which complements the spatial regularization and can cope with piecewise continuous motion fields. These contributions pose a congruent variational model since all the energy terms, except the spatial regularization, are based on nonlinear warpings of the flow field. This model is more general than its spatial counterpart, provides more accurate solutions and preserves the continuity of optical flows in time. In the experimental results, we show that the method attains better results and, in particular, it considerably improves the accuracy in the presence of large displacements.

Robust optical flow estimation

[EN] In this work, we describe an implementation of the variational method proposed by Brox et al. in 2004, which yields accurate optical flows with low running times. It has several benefits with respect to the method of Horn and Schunck: it is more robust to the presence of outliers, produces piecewise-smooth flow fields and can cope with constant brightness changes. This method relies on the brightness and gradient constancy assumptions, using the information of the image intensities and the image gradients to find correspondences. It also generalizes the use of continuous L1 functionals, which help mitigate the efect of outliers and create a Total Variation (TV) regularization. Additionally, it introduces a simple temporal regularization scheme that enforces a continuous temporal coherence of the flow fields.

Bayesian Analysis of Linear Inverse Problems with Applications in Economics and Finance

In my PhD thesis I propose a Bayesian nonparametric estimation method for structural econometric models where the functional parameter of interest describes the economic agent's behavior. The structural parameter is characterized as the solution of a functional equation, or by using more technical words, as the solution of an inverse problem that can be either ill-posed or well-posed. From a Bayesian point of view, the parameter of interest is a random function and the solution to the inference problem is the posterior distribution of this parameter. A regular version of the posterior distribution in functional spaces is characterized. However, the infinite dimension of the considered spaces causes a problem of non continuity of the solution and then a problem of inconsistency, from a frequentist point of view, of the posterior distribution (i.e. problem of ill-posedness). The contribution of this essay is to propose new methods to deal with this problem of ill-posedness. The first one consists in adopting a Tikhonov regularization scheme in the construction of the posterior distribution so that I end up with a new object that I call regularized posterior distribution and that I guess it is solution of the inverse problem. The second approach consists in specifying a prior distribution on the parameter of interest of the g-prior type. Then, I detect a class of models for which the prior distribution is able to correct for the ill-posedness also in infinite dimensional problems. I study asymptotic properties of these proposed solutions and I prove that, under some regularity condition satisfied by the true value of the parameter of interest, they are consistent in a "frequentist" sense. Once I have set the general theory, I apply my bayesian nonparametric methodology to different estimation problems. First, I apply this estimator to deconvolution and to hazard rate, density and regression estimation. Then, I consider the estimation of an Instrumental Regression that is useful in micro-econometrics when we have to deal with problems of endogeneity. Finally, I develop an application in finance: I get the bayesian estimator for the equilibrium asset pricing functional by using the Euler equation defined in the Lucas'(1978) tree-type models.

Regularisierung und Renormierung in der Quantenfeldtheorie : Resultate aus dem Vergleich konsistenter und praktikabler Methoden

Die Arbeit beginnt mit dem Vergleich spezieller Regularisierungsmethoden in der Quantenfeldtheorie mit dem Verfahren zur störungstheoretischen Konstruktion der S-Matrix nach Epstein und Glaser. Da das Epstein-Glaser-Verfahren selbst als Regularisierungsverfahren verwandt werden kann und darüberhinaus ausschließlich auf physikalisch motivierten Postulaten basiert, liefert dieser Vergleich ein Kriterium für die Zulässigkeit anderer Regularisierungsmethoden. Zusätzlich zur Herausstellung dieser Zulässigkeit resultiert aus dieser Gegenüberstellung als weiteres wesentliches Resultat ein neues, in der Anwendung praktikables sowie konsistentes Regularisierungsverfahren, das modifizierte BPHZ-Verfahren. Dieses wird anhand von Ein-Schleifen-Diagrammen aus der QED (Elektronselbstenergie, Vakuumpolarisation und Vertexkorrektur) demonstriert. Im Gegensatz zur vielverwandten Dimensionalen Regularisierung ist dieses Verfahren uneingeschränkt auch für chirale Theorien anwendbar. Als Beispiel hierfür dient die Berechnung der im Rahmen einer axialen Erweiterung der QED-Lagrangedichte auftretenden U(1)-Anomalie. Auf der Stufe von Mehr-Schleifen-Diagrammen zeigt der Vergleich der Epstein-Glaser-Konstruktion mit dem bekannten BPHZ-Verfahren an mehreren Beispielen aus der Phi^4-Theorie, darunter das sog. Sunrise-Diagramm, daß zu deren Berechnung die nach der Waldformel des BPHZ-Verfahrens zur Regularisierung beitragenden Unterdiagramme auf eine kleinere Klasse eingeschränkt werden können. Dieses Resultat ist gleichfalls für die Praxis der Regularisierung bedeutsam, da es bereits auf der Stufe der zu berücksichtigenden Unterdiagramme zu einer Vereinfachung führt.

Konstruktion und Analyse einer funktionalen Renormierungsgruppengleichung für Gravitation im Einstein-Cartan-Zugang

Während das Standardmodell der Elementarteilchenphysik eine konsistente, renormierbare Quantenfeldtheorie dreier der vier bekannten Wechselwirkungen darstellt, bleibt die Quantisierung der Gravitation ein bislang ungelöstes Problem. In den letzten Jahren haben sich jedoch Hinweise ergeben, nach denen metrische Gravitation asymptotisch sicher ist. Das bedeutet, daß sich auch für diese Wechselwirkung eine Quantenfeldtheorie konstruieren läßt. Diese ist dann in einem verallgemeinerten Sinne renormierbar, der nicht mehr explizit Bezug auf die Störungstheorie nimmt. Zudem sagt dieser Zugang, der auf der Wilsonschen Renormierungsgruppe beruht, die korrekte mikroskopische Wirkung der Theorie voraus. Klassisch ist metrische Gravitation auf dem Niveau der Vakuumfeldgleichungen äquivalent zur Einstein-Cartan-Theorie, die das Vielbein und den Spinzusammenhang als fundamentale Variablen verwendet. Diese Theorie besitzt allerdings mehr Freiheitsgrade, eine größere Eichgruppe, und die zugrundeliegende Wirkung ist von erster Ordnung. Alle diese Eigenschaften erschweren eine zur metrischen Gravitation analoge Behandlung.rnrnIm Rahmen dieser Arbeit wird eine dreidimensionale Trunkierung von der Art einer verallgemeinerten Hilbert-Palatini-Wirkung untersucht, die neben dem Laufen der Newton-Konstante und der kosmologischen Konstante auch die Renormierung des Immirzi-Parameters erfaßt. Trotz der angedeuteten Schwierigkeiten war es möglich, das Spektrum des freien Hilbert-Palatini-Propagators analytisch zu berechnen. Auf dessen Grundlage wird eine Flußgleichung vom Propertime-Typ konstruiert. Zudem werden geeignete Eichbedingungen gewählt und detailliert analysiert. Dabei macht die Struktur der Eichgruppe eine Kovariantisierung der Eichtransformationen erforderlich. Der resultierende Fluß wird für verschiedene Regularisierungsschemata und Eichparameter untersucht. Dies liefert auch im Einstein-Cartan-Zugang berzeugende Hinweise auf asymptotische Sicherheit und damit auf die mögliche Existenz einer mathematisch konsistenten und prädiktiven fundamentalen Quantentheorie der Gravitation. Insbesondere findet man ein Paar nicht-Gaußscher Fixpunkte, das Anti-Screening aufweist. An diesen sind die Newton-Konstante und die kosmologische Konstante jeweils relevante Kopplungen, wohingegen der Immirzi-Parameter an einem Fixpunkt irrelevant und an dem anderen relevant ist. Zudem ist die Beta-Funktion des Immirzi-Parameters von bemerkenswert einfacher Form. Die Resultate sind robust gegenüber Variationen des Regularisierungsschemas. Allerdings sollten zukünftige Untersuchungen die bestehenden Eichabhängigkeiten reduzieren.

Convergence analysis of the Newton algorithm and a pseudo-time marching scheme for diffuse correlation tomography

We propose a self-regularized pseudo-time marching scheme to solve the ill-posed, nonlinear inverse problem associated with diffuse propagation of coherent light in a tissuelike object. In particular, in the context of diffuse correlation tomography (DCT), we consider the recovery of mechanical property distributions from partial and noisy boundary measurements of light intensity autocorrelation. We prove the existence of a minimizer for the Newton algorithm after establishing the existence of weak solutions for the forward equation of light amplitude autocorrelation and its Frechet derivative and adjoint. The asymptotic stability of the solution of the ordinary differential equation obtained through the introduction of the pseudo-time is also analyzed. We show that the asymptotic solution obtained through the pseudo-time marching converges to that optimal solution provided the Hessian of the forward equation is positive definite in the neighborhood of optimal solution. The superior noise tolerance and regularization-insensitive nature of pseudo-dynamic strategy are proved through numerical simulations in the context of both DCT and diffuse optical tomography. (C) 2010 Optical Society of America.

Least squares QR-based decomposition provides an efficient way of computing optimal regularization parameter in photoacoustic tomography

A computationally efficient approach that computes the optimal regularization parameter for the Tikhonov-minimization scheme is developed for photoacoustic imaging. This approach is based on the least squares-QR decomposition which is a well-known dimensionality reduction technique for a large system of equations. It is shown that the proposed framework is effective in terms of quantitative and qualitative reconstructions of initial pressure distribution enabled via finding an optimal regularization parameter. The computational efficiency and performance of the proposed method are shown using a test case of numerical blood vessel phantom, where the initial pressure is exactly known for quantitative comparison. (C) 2013 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)

Gluon mass generation in the PT-BFM scheme

In this article we study the general structure and special properties of the Schwinger-Dyson equation for the gluon propagator constructed with the pinch technique, together with the question of how to obtain infrared finite solutions, associated with the generation of an effective gluon mass. Exploiting the known all-order correspondence between the pinch technique and the background field method, we demonstrate that, contrary to the standard formulation, the non-perturbative gluon self-energy is transverse order-by-order in the dressed loop expansion, and separately for gluonic and ghost contributions. We next present a comprehensive review of several subtle issues relevant to the search of infrared finite solutions, paying particular attention to the role of the seagull graph in enforcing transversality, the necessity of introducing massless poles in the three-gluon vertex, and the incorporation of the correct renormalization group properties. In addition, we present a method for regulating the seagull-type contributions based on dimensional regularization; its applicability depends crucially on the asymptotic behavior of the solutions in the deep ultraviolet, and in particular on the anomalous dimension of the dynamically generated gluon mass. A linearized version of the truncated Schwinger-Dyson equation is derived, using a vertex that satisfies the required Ward identity and contains massless poles belonging to different Lorentz structures. The resulting integral equation is then solved numerically, the infrared and ultraviolet properties of the obtained solutions are examined in detail, and the allowed range for the effective gluon mass is determined. Various open questions and possible connections with different approaches in the literature are discussed. © SISSA 2006.