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{Wenbing Tao Fan Yang Kun Sun Zhi Chen}

要約
本稿では、効率的かつロバストな点群登録(Point Cloud Registration, PCR)を実現するための、2次元空間的整合性(Second Order Spatial Compatibility, SC²)を用いた手法、すなわちSC²-PCRを提案する。まず、対応関係間の類似度を計算するための2次元空間的整合性(SC²)尺度を提案する。この尺度は、局所的な一貫性ではなく、グローバルな整合性を考慮することで、初期段階からインライア(inlier)とアウトライア(outlier)の区別がより明確なクラスタリングを可能にする。このSC²尺度に基づき、登録パイプラインは初期の対応関係から信頼性の高い種(seed)を、グローバルなスペクトル的手法を用いて抽出する。その後、SC²尺度行列を活用した2段階戦略により、各種を一貫性集合(consensus set)へと拡張する。最後に、各一貫性集合を重み付きSVD(Singular Value Decomposition)アルゴリズムに投入し、候補となる剛体変換を生成し、最も適切なモデルを選定することで最終的な結果を得る。本手法は、少ないサンプリング回数で、完全にアウトライアを含まない一貫性集合を確実に得られるため、モデル推定の効率性とロバスト性が向上する。さらに、提案するSC²尺度は汎用性が高く、ディープラーニングベースのフレームワークへ容易に統合可能である。広範な実験により、本手法の性能を詳細に検証した。
ベンチマーク
| ベンチマーク | 方法論 | 指標 |
|---|---|---|
| point-cloud-registration-on-eth-trained-on | FCGF+SC2-PCR | Recall (30cm, 5 degrees): 92.85 |
| point-cloud-registration-on-eth-trained-on | FPFH+SC2-PCR | Recall (30cm, 5 degrees): 85.41 |
| point-cloud-registration-on-fp-o-e | FCGF+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.26 RTE (cm): 0.83 Recall (3cm, 10 degrees): 98.52 |
| point-cloud-registration-on-fp-o-e | FPFH+SC2-PCR | RRE (degrees): 0.91 RTE (cm): 0.43 Recall (3cm, 10 degrees): 99.88 |
| point-cloud-registration-on-fp-o-h | FCGF+SC2-PCR | RRE (degrees): 2.68 RTE (cm): 1.72 Recall (3cm, 10 degrees): 17.80 |
| point-cloud-registration-on-fp-o-h | FPFH+SC2-PCR | RRE (degrees): 2.42 RTE (cm): 1.23 Recall (3cm, 10 degrees): 38.85 |
| point-cloud-registration-on-fp-o-m | FCGF+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.98 RTE (cm): 1.27 Recall (3cm, 10 degrees): 63.00 |
| point-cloud-registration-on-fp-o-m | FPFH+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.68 RTE (cm): 0.80 Recall (3cm, 10 degrees): 84.70 |
| point-cloud-registration-on-fp-r-e | FCGF+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.21 RTE (cm): 0.82 Recall (3cm, 10 degrees): 98.46 |
| point-cloud-registration-on-fp-r-e | FPFH+SC2-PCR | RRE (degrees): 0.95 RTE (cm): 0.43 Recall (3cm, 10 degrees): 99.64 |
| point-cloud-registration-on-fp-r-h | FCGF+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.77 RTE (cm): 1.08 Recall (3cm, 10 degrees): 85.77 |
| point-cloud-registration-on-fp-r-h | FPFH+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.76 RTE (cm): 0.78 Recall (3cm, 10 degrees): 75.21 |
| point-cloud-registration-on-fp-r-m | FPFH+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.43 RTE (cm): 0.60 Recall (3cm, 10 degrees): 94.54 |
| point-cloud-registration-on-fp-r-m | FCGF+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.67 RTE (cm): 1.02 Recall (3cm, 10 degrees): 91.93 |
| point-cloud-registration-on-fp-t-e | FCGF+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.25 RTE (cm): 0.83 Recall (3cm, 10 degrees): 98.34 |
| point-cloud-registration-on-fp-t-e | FPFH+SC2-PCR | RRE (degrees): 0.93 RTE (cm): 0.43 Recall (3cm, 10 degrees): 99.76 |
| point-cloud-registration-on-fp-t-h | FCGF+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.25 RTE (cm): 0.82 Recall (3cm, 10 degrees): 98.22 |
| point-cloud-registration-on-fp-t-h | FPFH+SC2-PCR | RRE (degrees): 0.93 RTE (cm): 0.43 Recall (3cm, 10 degrees): 99.58 |
| point-cloud-registration-on-fp-t-m | FCGF+SC2-PCR | RRE (degrees): 1.24 RTE (cm): 0.82 Recall (3cm, 10 degrees): 98.34 |
| point-cloud-registration-on-fp-t-m | FPFH+SC2-PCR | RRE (degrees): 0.92 RTE (cm): 0.43 Recall (3cm, 10 degrees): 99.53 |
| point-cloud-registration-on-kitti-trained-on | FCGF+SC2-PCR | Success Rate: 97.66 |