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4ヶ月前

SC2-PCR:効率的かつロバストなポイントクラウド登録のための二次空間的整合性

{Wenbing Tao Fan Yang Kun Sun Zhi Chen}

SC2-PCR:効率的かつロバストなポイントクラウド登録のための二次空間的整合性

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-onFCGF+SC2-PCR
Recall (30cm, 5 degrees): 92.85
point-cloud-registration-on-eth-trained-onFPFH+SC2-PCR
Recall (30cm, 5 degrees): 85.41
point-cloud-registration-on-fp-o-eFCGF+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.26
RTE (cm): 0.83
Recall (3cm, 10 degrees): 98.52
point-cloud-registration-on-fp-o-eFPFH+SC2-PCR
RRE (degrees): 0.91
RTE (cm): 0.43
Recall (3cm, 10 degrees): 99.88
point-cloud-registration-on-fp-o-hFCGF+SC2-PCR
RRE (degrees): 2.68
RTE (cm): 1.72
Recall (3cm, 10 degrees): 17.80
point-cloud-registration-on-fp-o-hFPFH+SC2-PCR
RRE (degrees): 2.42
RTE (cm): 1.23
Recall (3cm, 10 degrees): 38.85
point-cloud-registration-on-fp-o-mFCGF+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.98
RTE (cm): 1.27
Recall (3cm, 10 degrees): 63.00
point-cloud-registration-on-fp-o-mFPFH+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.68
RTE (cm): 0.80
Recall (3cm, 10 degrees): 84.70
point-cloud-registration-on-fp-r-eFCGF+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.21
RTE (cm): 0.82
Recall (3cm, 10 degrees): 98.46
point-cloud-registration-on-fp-r-eFPFH+SC2-PCR
RRE (degrees): 0.95
RTE (cm): 0.43
Recall (3cm, 10 degrees): 99.64
point-cloud-registration-on-fp-r-hFCGF+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.77
RTE (cm): 1.08
Recall (3cm, 10 degrees): 85.77
point-cloud-registration-on-fp-r-hFPFH+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.76
RTE (cm): 0.78
Recall (3cm, 10 degrees): 75.21
point-cloud-registration-on-fp-r-mFPFH+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.43
RTE (cm): 0.60
Recall (3cm, 10 degrees): 94.54
point-cloud-registration-on-fp-r-mFCGF+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.67
RTE (cm): 1.02
Recall (3cm, 10 degrees): 91.93
point-cloud-registration-on-fp-t-eFCGF+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.25
RTE (cm): 0.83
Recall (3cm, 10 degrees): 98.34
point-cloud-registration-on-fp-t-eFPFH+SC2-PCR
RRE (degrees): 0.93
RTE (cm): 0.43
Recall (3cm, 10 degrees): 99.76
point-cloud-registration-on-fp-t-hFCGF+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.25
RTE (cm): 0.82
Recall (3cm, 10 degrees): 98.22
point-cloud-registration-on-fp-t-hFPFH+SC2-PCR
RRE (degrees): 0.93
RTE (cm): 0.43
Recall (3cm, 10 degrees): 99.58
point-cloud-registration-on-fp-t-mFCGF+SC2-PCR
RRE (degrees): 1.24
RTE (cm): 0.82
Recall (3cm, 10 degrees): 98.34
point-cloud-registration-on-fp-t-mFPFH+SC2-PCR
RRE (degrees): 0.92
RTE (cm): 0.43
Recall (3cm, 10 degrees): 99.53
point-cloud-registration-on-kitti-trained-onFCGF+SC2-PCR
Success Rate: 97.66

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