3D位置姿勢高精度推定

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機能

このステップにより、点群モデルを使用して元の点群に対して精確にマッチングし、対象物の更に正確な位置姿勢を出力します。

3d fine matching function description

使用シーン

このステップは 3D位置姿勢低精度推定（V2） に出力された大まかな候補位置姿勢に基づいて実行し、さらに精確なマッチングをし、さらに正確な位置姿勢を出力します（把持位置姿勢として使用可能）。

入力と出力

入力

入力ポート データ型 説明

点群（法線ベクトル付き）

PointCloud/XYZNormal[]

このポートに入力された点群リストがマッチングされます。通常は「3D位置姿勢低精度推定（V2）」ステップと同じ点群を使用します。

大まかな候補位置姿勢

Pose[][]

候補位置姿勢リスト。通常は「3D位置姿勢低精度推定（V2）」ステップから出力された大まかな位置姿勢です。

対象物のラベル

String[]

このポートには、対象物のラベルを入力します（オプション）。

対象物の信頼度

Number[]

このポートには、対象物の信頼度を入力します（オプション）。

出力

出力ポート データ型 説明

ワーク中心点

Pose[]

ワーク中心点のリスト。

対象物の点群（法線ベクトル付き）

PointCloud/XYZNormal[]

マッチング結果に基づいて生成されたモデル点群リスト。

モデル変換

Pose[]

モデルからシーンへの変換行列リスト。

対象物のラベル

String[]

マッチング結果に対応する対象物のラベル。

対象物の信頼度

Number[]

マッチング結果に対応する対象物の信頼度。

位置姿勢の信頼度

Number[]

各位置姿勢に対応するマッチング信頼度のリスト。

パラメータ説明

パラメータ 説明

パラメータ調整レベル

パラメータ説明：このパラメータは、ステップパラメータの調整レベルを選択するために使用されます。
オプション： 基本設定 、 詳細設定 。
初期値：基本設定

基本設定

ここで、基本設定（Basic）モードで調整可能なパラメータについて説明します。これらのパラメータは 詳細設定 でも調整できます。

モデル設定

パラメータ 説明

ワーク選択

調整説明：右側のドロップダウンボタンをクリックして、モデルファイルと対応する幾何学的中心ファイルをすばやく選択して切り替えることができます。

マッチングモード設定

パラメータ 説明

マッチングモード

パラメータ説明：このパラメータは、エッジマッチングとサーフェスマッチングのどちらを使用するかを選択するために使用されます。

オプション：サーフェスマッチング、エッジマッチング

初期値：サーフェスマッチング

調整アドバイス：対象物の表面に明らかな認識可能な特徴がある場合（クランクシャフト、ローター、鉄筋など）、サーフェスマッチングを推奨しています。対象物の表面の特徴を反映した点群モデルを作成する必要があります。対象物が平らで、カメラの視野に明確な固定エッジの特徴がある場合（パネル、トラックリンク、コネクティングロッド、ブレーキディスクなど）、エッジマッチングを推奨しています。対象物のエッジ特徴を反映した点群モデルを作成する必要があります。

マッチングモードは、ワーク選択 パラメータで指定されたモデルタイプ（サーフェスモデルまたはエッジモデル）と一致する必要があります。例えば、マッチングモードがサーフェスマッチングの場合、ワーク選択 パラメータでサーフェスモデルを設定する必要があります。

マッチング方法

パラメータ 説明 説明図

マッチング方法

パラメータ説明：このパラメータは、3D高精度マッチングの方式を選択するために使用されます。
初期値： GMM
オプション：GMM、nearest-neighbor
調整説明：このパラメータは局所マッチング方法を選択し、モデル点群とシーンの点群をマッチングします。モデル点群は前のステップで取得したシーンの点群とマッチングするために、設定した範囲によって移動・回転します。
調整の例：ほとんどのシーンでは、GMM はより優れている外乱耐性とより速いマッチング速度を実現できるのでこのモードを推奨します。特別な場合（GMMでは要求を満たさない時）、最近点（nearest-neighbor）モードを試行してください。

3d fine matching nearest neighbor
GMMモードパラメータ設定
パラメータ 説明 説明図

マッチングモード

初期値：標準

オプション：高速、標準、高精度

  • 高速：速度は速いですが精度は低いです。

  • 標準：安定的に実行するモードです。

  • 高精度：精度が高いですが実行速度は遅いです。

反復回数

初期値：30
調整説明：反復とは、条件が満たされるまで、特定の命令に対してループを実行することです。反復回数はこのプロセスにコマンドを繰り返す回数を指し、ここで設定するパラメータは反復回数の上限です。この値が大きいほど、マッチング計算する回数は多くなり、実行時間も長くなりますが、マッチング精度は向上します。

標準偏差

初期値：3.000 mm
調整説明：このパラメータは元位置姿勢の偏差と対応します。この前のステップ「 3D位置姿勢低精度推定（V2） 」で処理された元位置姿勢の偏差が大きい、即ちシーンの点群とモデルの点群の偏差が大きいほど、 標準偏差 を大きくする必要があります。この時、実行速度は速くなります。
調整の例：設定された値が元の位置姿勢より大きい場合に、出力結果に大きな誤差が生じることがあります。下図に示すように、右側の標準偏差は4mmで、初期位置姿勢の偏差よりもはるかに大きいです。左側（初期値）と右側を比較すると、出力の精度が著しく低下しています。通常、このパラメータの値は1mm以下です。
CAUTION: 小さいワークのマッチングでは、より良いマッチング結果を得るために、標準偏差を低く調整することを推奨します。

3d fine matching standard deviation gmm

標準偏差減衰の更新ステップサイズ

初期値：3
調整説明：マッチング処理中、 標準偏差 は最小標準偏差 で設定された値に達するまでどんどん小さくなります。その過程で標準偏差が減衰する回数がこのパラメータの値です。標準誤差が大きい場合に、減衰の回数が多いほど、減衰が安定的に実行できるようになります。普通、このパラメータを調整する必要はありません。

多数の対象物のマッチングを高速化

初期値：チェックを入れない。
調整説明：シーンに多数の対象物がある場合は、このパラメータにチェックを入れることを推奨します。チェックを入れると、多数の対象物をマッチングする場合はこのステップが高速になりますが、少数の対象物をマッチングする場合は遅くなります。
最近点モードのパラメータ設定
反複設定
パラメータ 説明

最近点の検索半径

初期値：10.000 mm
有効範囲：[0.0010,+∞)
調整説明：このパラメータは最近点の検索半径を調するために使用されます。その値の設定は入力された元位置姿勢の偏差と対応します。入力された元位置姿勢の偏差が大きい時、即ちシーンの点群とモデルの点群との偏差が大きい時に、このパラメータの値を大きくして最近点の検索半径範囲を広めます。こうしてあらゆる点は最近点を見つけられます。元位置姿勢の偏差が小さい時にこの値を小さくします。このパラメータの最小値は0.001mです。この値より小さい場合、一部分の疎らな点は最近点を見つけられなくて出力の結果に影響が出ます。

平均二乗誤差しきい値

初期値：0.001
調整説明：誤差の二乗和の平均値を調整します。反復するたびにこの値が記録され、その後の反復ステップの結果を比較するために使用されます。設定した値より小さい誤差の二乗和の平均値が出たら、期待された結果を取得したことになり、反復を中止します。

ウィンドウサイズ

初期値：10
有効範囲：[3,+∞)
調整説明：このパラメータは反復プロセスに誤差変動が小さい連続反復回数です。この値が小さい場合に、局所最適解が起こり得るので最終的なマッチング精度に影響がでます。例えば、ウィンドウには三回の連続反復の結果の誤差が含まれるので、この三回の反復の誤差を比較して誤差変動のトレンドを取得するしかないので全部の最適解（反復回数推奨値を使用して全体は30回の反復があり、後にさらに明らか誤差が小さくなった反復が起こり得る）でなく、一部だけの最適解を取得（二回目の反復の誤差は一回目と三回目より小さい）するかもしれません。

対応する点を表示

初期値：チェックを入れない
調整説明：チェックを入れれば、毎回の反復に対応する点を表示します。

複雑形状の対象物であるか

初期値：チェックを入れない
調整説明：対象物が複雑形状の対象物（単純な幾何学的形状ではない）であり、 反復ポイントペアの重みを自動的に計算 が必要な場合は、このパラメータにチェックを入れる必要があります。

反復ポイントペアの重みを自動的に計算

初期値：チェックを入れない
調整説明：チェックを入れれば、反復ポイントペアの重みを自動的に計算します。マッピングの結果が良くない場合にこれを使用してください。
ポイントペアの除去設定
パラメータ 説明

異常ポイントペア除去

初期値：チェックを入れない
調整説明：最近点を検索する過程に複数のポイントペアが生じるので、この機能を使用してポイントペアをフィルタリングします。チェックを入れれば、この機能を使用し、 ポイントペア除去シグマ複数しきい値 と ポイントペア角度差のしきい値 パラメータを使用して異常ポイントペアを除去します。 チェックを外すと、その二つのパラメータは無効になります。

ポイントペア除去シグマ複数しきい値

初期値：1.0000
調整説明：シグマ複数しきい値とはペアポイント間の距離分散の倍数の値です。このパラメータはペアポイント間の距離によってフィルタリングします。ペアポイント間の距離がこの範囲を超えたら、このペアポイントは除去されます。

ポイントペア角度差のしきい値

初期値：45°
調整説明：ペアポイントの法線ベクトルの角度がこの値より大きい場合、このペアポイントは除去されます。

反復で重みを使用

初期値：チェックを入れない
調整説明：チェックを入れれば、モデルの重みがアルゴリズムの反復に使用されるので、重みモデルをより正確にマッチングすることができます。

重複ポイントペア除去

初期値：チェックを入れない
調整説明：チェックを入れれば、重複ポイントペアを除去して 重複点群タイプ除去 は有効になります。モデル点群の点数がシーンの単一物体の点数より多い場合に使用することを推奨します。

重複点群タイプ除去

初期値：MinDis

オプション：MinDis、GlobalMin

調整説明：このパラメータはペアポイントの重複対応を削除する方法を選択します。二つの方法があります。

  • 最小距離：重複対応するペアポイントの距離を計算し、最小距離のペアポイントを保持し、他の重複ペアポイントを除去します。

  • 全体平均値：各重複対応するペアポイントの距離の平均値を基準にして、この値と差が最も小さいペアポイントを保持し、重複が少ない対応するペアポイントを除去します。

サンプリング設定

パラメータ 説明 説明図

サンプリング間隔

初期値：5.000 mm
調整説明：モデルとシーンの点群ダウンサンプリングのためのサンプリング間隔です。この値を高くすれば、サンプリングによって取得する点群は少なくなり、モデルマッチングの精度も低下します。
調整の例：下図は0.005（左）と0.025（右）にしたときに取得した点群の結果です。白いのは入力されたシーンの点群です。それらを比較すれば、サンプリング間隔が小さいほど、取得する出力結果は精確になります。

3d fine matching output onetofour

結果検証設定

パラメータ 説明 説明図

信頼度しきい値

初期値：0.5

有効範囲：[0，+∞)

調整説明：結果の検証スコアがこのしきい値よりも大きい場合、結果は有効であると見なされます。高いしきい値有効なマッチングが少なくなることを意味しますが出力の精度は高くなります。低いしきい値は有効なマッチングが多くなることを意味しますが出力の精度は低くなります。

調整の例：下図では、aの 信頼度しきい値 は0.500で、bの値は0.92です。bの点群マッチングの結果はaより精度が高いです。そのため、 信頼度しきい値 が大きいほど、精度の高いマッチングの結果が保持される可能性は高くなります。

しきい値を高くしたら、特に対象物の異なる部分に同じ形状がある場合にマッチングを出力しないこともあります。

3d fine matching threshold finematching

結果検証の検索半径

パラメータ説明：シーン点群とモデル点群の距離がこの値より小さい場合、シーン点群とモデル点群は重なっているとみなされます。重なっている点が多いほど、マッチング結果の検証スコアが高くなります。

初期値：10.000mm

調整説明：このパラメータの値はマッチングスコアに影響します。この値が大きいほど、マッチング結果の検証が甘くなり、位置姿勢のマッチング精度が出なくても位置姿勢のマッチングスコアが高くなります。この値が小さいほど、マッチング結果の検証が厳しくなります。対象物の点群に応じて設定する必要があります。点群がまばらな場合は、パラメータを少し大きく設定する必要があります。

初期の 結果検証の検索半径 値を設定し、ステップを実行して可視化出力ウィンドウで位置姿勢のマッチング効果を確認し、位置姿勢のマッチングスコアと比較します。マッチング効果とマッチングスコアが一致していない場合、実際の状況に応じて 結果検証の検索半径 の値をマッチング効果とマッチングスコアが一致するまで調整することができます。

出力設定

パラメータ 説明 説明図

単一点群の出力結果の数

初期値：1
調整説明：この値が大きいほど、マッチング結果の出力は多くなります。
調整の例：このパラメータを調整して異なるマッチング出力結果を取得します。下図の左側はこのパラメータを1にした結果で、右側は4にした結果です。

3d fine matching default setting finematching
結果の可視化設定
パラメータ 説明

マッチング結果を表示

初期値：チェックを入れる
調整説明：チェックを入れれば、出力されたモデルとシーンの点群が表示されます。

詳細設定

詳細設定に新たに追加した調整可能なパラメータについて説明します。基本設定と同じパラメータがあれば、 基本設定 をご参照ください。

対称性設定

認識する部品が局所対称性を持つ場合、局所最適解を回避するために、対称性を設定する必要があります。

対象物中心点の軸を回転軸として指定することにより、モデルは設定された軸を中心に回転してマッチングし、最適なマッチング結果を取得します。

パラメータ 説明

対称回転軸

初期値：ROTATE_BY_Z
オプション：ROTATE_BY_X、ROTATE_BY_Y、ROTATE_BY_Z
調整説明：このパラメータは、幾何学的中心の回転軸を選択するために使用されます。

対称角度ステップサイズ

初期値：360°
調整説明：このパラメータは対称角度を調整します。
調整の例：対象物が対称軸を中心に60°回転する前後で同じように見える場合、その対称角度ステップサイズは60°です。

最小回転角度

初期値：-180°
調整説明：このパラメータは最小回転角度を調整するために使用されます。

最大回転角度

初期値：180°
調整説明：このパラメータは最大回転角度を調整するために使用されます。

調整の例

下図に示すクランクシャフトの場合、その主要部分、つまりボックス内の部分は、Y軸に沿って180°対称です。

3d fine matching 3d fine matching add example1
3d fine matching 3d fine matching add example2

対称性が設定されていない場合、下図に示すように、局所的な形状が類似しているため、マッチング結果が局所最適になり、マッチングエラーが発生する可能性があります。

3d fine matching 3d fine matching add example3

エラー結果を分析すると、モデルはクランクシャフトの中間部分のみにマッチングします。モデルがマッチング中に180°回転した後にマッチングを試行すると、クランクシャフト全体がマッチングします。また、そのマッチングスコアは、回転前のマッチングスコアよりも高くなるはずです。そうすれば、正しい結果を得ることができます。

下図に示すように、対称回転軸をROTATE_BY_Y（対象物中心点のY軸）に設定し、対称角度ステップサイズを180°に設定すると、正しいマッチング結果が得られます。

3d fine matching 3d fine matching add example4

位置姿勢フィルタリング設定

パラメータ 説明

モデルの回転角度による位置姿勢をフィルタリング

パラメータ説明：エッジマッチングモードでは、シーンの点群にマッチングするために点群モデルをある角度だけ回転させる必要がある場合があり、点群モデルの回転角度で位置姿勢が除去されます。モデルの回転角度が「角度差の上限しきい値」を超えると、その位置姿勢は除去されます。
初期値：オフの状態。

角度差の上限しきい値

詳細については、「モデルの回転角度による位置姿勢をフィルタリング」パラメータの説明をご参照ください。
初期値：135.000°

検証時のモデルの重み

認識する部品の「主体」が類似して「局所」だけが異なった場合、モデルの「局所」の重みを大きくして「局所」のマッチングの結果を出力します。

パラメータ 説明

モデルの重みファイル

調整説明：このファイル（ply形式）は元の点群モデルファイルの一部分の点群で、点群のこの部分は重みが高く、パラメータ 重み値 によって設定されます。

重み値

初期値：2.0
調整説明：このパラメータは点群に重みを設定します。すべての元点群の重み係数が1とすれば、目標点群にこのパラメータを設定したら、目標点群の重み係数は 1 X このパラメータ になるので、後続のマッチングステップでは強調を実現できます。

重み設定の検索半径

初期値：3.000 mm
調整説明：このパラメータは点群に重みを増加する過程に検索半径（ミリメートル単位）を設定します。重みの設定は元のモデル点群に基づいて実行し、モデル点群はマッチングに使用される前にダウンサンプリングされるので重み設定が必要な点が移動したり損失したりすることはあります。そのような点の付近の点に重み設定するプロセスに、検索半径を設定する必要はあります。この検索半径はこのパラメータによって設定します。

結果検証設定

パラメータ 説明

法線ベクトルの角度偏差を考慮

パラメータ説明：マッチング結果を検証する際、シーン点群とモデル点群の対応点との法線ベクトルの角度差を考慮します。チェックを入れると、出力されるマッチの数は減りますが、マッチの精度は向上します。
初期値：チェックを入れない
調整説明：チェックを入れれば、位置姿勢を検証する過程に対応するポイントペアの法線ベクトルの角度差を考慮すので、出力の数が少なくなりますが精度が高くなります。

スコアに対応する点がシーンの点群に占める比例をかける

初期値：チェックを入れない
調整説明：チェックを入れれば、マッチングのスコアに「対応する点がシーンの点群に占める比例」をかけます。1つの点群に複数の物体位置姿勢がある場合に適していません。

結果の可視化設定

パラメータ 説明

サンプリングされたモデル点群を表示

初期値：チェックを入れない
調整説明：チェックを入れれば、出力の結果にサンプリングされたモデル点群が表示されます。現場の状況に応じて設定します。

サンプリングされたシーンの点群を表示

初期値：チェックを入れない
調整説明：チェックを入れれば、出力の結果にサンプリングされたシーンの点群が表示されます。現場の状況に応じて設定します。

モデルとシーンの点群の対応関係を表示

初期値：チェックを入れない
調整説明：チェックを入れれば、出力の結果にモデルとシーンの点群の対応関係が表示されます。現場の状況に応じて設定します。

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