3D匹配与分类(多模板)

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功能描述

该步骤可使用多个点云模板对场景中的物体进行匹配,输出物体的位姿和分类标签。

使用场景

该步骤通常用于对场景中的单个物体进行匹配和分类。如果场景中有多个物体,可先使用点云聚类或深度学习方法将多个物体进行分割,然后再利用该步骤进行匹配与分类。

输入与输出

输入物体的点云后,该步骤将输出与点云数量相同的物体位姿。

以输入单个物体的点云为例,该步骤输入与输出如下图所示。

3d matching and classification multiple models input and output

参数说明

参数调试等级

参数解释:该参数用于选择参数的调试等级,不同的参数等级对应的参数不同。

值列表:Basic、Advanced

  • Basic :基础参数调试模式,提供调整频率较高的参数。

  • Advanced :高级参数调试模式,提供更多的可调节参数。

默认值:Basic

调节建议:根据功能需求选择参数调试等级。

Basic 参数调试等级

模板设置

模板选择

参数解释:该参数用于选择制作好的点云模板。

调节说明:在下拉栏中选择制作好的点云模板。点云模板文件的制作可参考 匹配模板与抓取点编辑器

  • 选择的点云模板类型需一致,不可同时选择面点云模板和边缘点云模板。

  • 点云模板尺寸不能相差太大,建议尺寸最大的点云模板和尺寸最小的点云模板相差不超过 1.5 倍,否则会影响匹配速度。如果点云模板尺寸差距较大,建议先使用 根据点云尺寸进行分类 步骤对输入的场景点云进行分类。

匹配模式

参数解释:根据点云模板的类型选择匹配模式。如果点云模板为物体的边缘模板,请选择“边缘匹配”;如果点云模板为物体的面模板,请选择“面匹配”。

值列表:面匹配、边缘匹配。

  • 面匹配:利用物体的面模板进行点云模板匹配。

  • 边缘匹配:利用物体的边缘模板进行点云模板匹配。

调节建议:当目标物体表面起伏特征较多时(如曲轴、转子、钢棒等),建议使用面匹配。需制作体现物体表面起伏特征的点云模板。当目标物体较为扁平,且在相机下呈现出清晰、固定的边缘特征时(如面板、履带板、连杆、刹车盘等),建议使用边缘匹配。需制作体现物体边缘特征的点云模板。

如果选择边缘匹配,应输入提取边缘后的点云。

粗匹配设置

运行方式

参数解释:该参数用于选择粗匹配的运行方式。

值列表:高速度、标准、高精度、超高精度、自定义。

调节说明:各运行方式下,由于点云模板中的点数不同,所以匹配精度和速度也不同,详细说明见下表。

运行方式 点云模板中的点数 匹配特点

高速度

200

速度较快,但精度较低

标准

300

较为稳定

高精度

400

精度较高,但速度较慢

超高精度

500

精度最高

自定义

自定义点数

由自定义的点数决定

期望的模板点云点数

参数解释:该参数用于设置期望的模板点云中点的数量。

默认值:200

调节说明:当运行方式自定义时,需设置该参数。

调节建议:根据实际需求设置该参数。

当匹配或分类效果不够理想时,建议优先调整该参数,增大“期望的模板点云点数”。

精匹配设置

运行方式

参数解释:该参数用于选择精匹配的运行方式。

值列表:高速度、标准、高精度、超高精度。

调节说明:可参考上文中“粗匹配设置”的运行方式。

结果验证设置

置信阈值

参数解释:如果匹配结果的验证分数大于此阈值,则认为该结果有效。该值越高,匹配结果越准确。

默认值:0.300

Advanced 参数调试等级

模板设置

可参考上文中 Basic 参数调试等级

粗匹配设置

可参考上文中 Basic 参数调试等级

期望的模板点云点数

可参考上文中 Basic 参数调试等级

单个特征包含最多点对数量

参数解释:该参数用于设置模板分析中每个特征包含点对的最大数量。该值越小,运行速度越快,但匹配结果的准确性越低。

默认值:50

投票设置

距离量化

参数解释:量化点间距离的参数(距离间隔=距离量化*采样间隔)。该值越大,匹配结果精度越低。

默认值:1.00

角度量化

参数解释:点对特征法向夹角量化(角度间隔=360°/角度量化)。该值越大,匹配结果精度越高,但对点云质量要求也越高。

默认值:60

投票比例下限阈值

参数解释:匹配过程中,每个物体位姿会获得对应的票数,当位姿票数高于“最高得分与投票比例下限阈值的乘积”时,该位姿将会用于位姿验证。该值越低,找到准确匹配结果的可能性越大,但运行时间越长。

默认值:0.80

参考点采样步长

参数解释:用于对场景点云中的点进行采样,作为参考点,与被参考点形成点对。该值越大,运行速度越快,但匹配结果的准确性越低。

默认值:5

被参考点采样步长

参数解释:用于对场景点云中的点进行采样,作为被参考点,与参考点形成点对。该值越大,运行速度越快,但匹配结果的准确性越低。

默认值:1

位姿验证设置

使用基于位姿距离的非极大值抑制

参数解释:勾选该参数后,若候选位姿与已选定位姿的距离小于物体直径的 0.1 倍,则该候选位姿将被滤除。

默认值:勾选。

体素长度生成策略

参数解释:该参数用于选择生成体素长度的方式。

默认值:自动生成。

调节建议:对于刚开始使用该步骤的用户,推荐选择“自动生成”。

体素长度

参数解释:该参数用于设置体素的长度,单位为毫米(mm)。该值越大,匹配结果越趋向于不准确。

默认值:3.000 mm

体素长度下限

参数解释:该参数用于设置体素长度的最小值,单位为毫米(mm)。

默认值:1.000 mm

体素长度上限

参数解释:该参数用于设置体素长度的最大值,单位为毫米(mm)。

默认值:15.000 mm

位姿过滤设置(边缘匹配模式下,需调节该组参数)

根据模板翻转角度过滤位姿

参数解释:边缘匹配模式下,当模板点云匹配至场景点云时,根据模板翻转角度过滤位姿。当模板翻转角度超过“角度差值上限阈值”时,该位姿将被过滤。

默认值:勾选。

角度差值上限阈值

参数解释:请参考“根据模板翻转角度过滤位姿”的提示。

精匹配设置

偏差矫正能力

参数解释:该参数用于选择对粗匹配结果的纠偏能力。能力越大,越能把与实际物体位姿偏离较远的粗略位姿纠正为精确位姿。但如果纠偏能力过大,会导致精度损失。

值列表:小、中、大。

默认值:小。

运行方式

参数解释:可参考上文中 Basic 参数调试等级

对称性设置

对称性旋转轴

参数解释:该参数用于选择对称轴,对物体的初始位姿进行旋转。

值列表:ROTATE_BY_X、ROTATE_BY_Y、ROTATE_BY_Z

默认值:ROTATE_BY_Z

对称角度步长(0~360)

参数解释:当需要将物体的初始姿态从“最小旋转角”更改为“最大旋转角”,该参数用于设置角度步长。单位为度(°)。

默认值:360.0°

调节说明:“对称角度步长”参数值需大于 0。

最小旋转角

参数解释:根据“对称角度步长”旋转物体初始位姿时的最小旋转角度,单位为度(°)。

默认值:-180.0°

最大旋转角

参数解释:根据“对称角度步长”旋转物体初始位姿时的最大旋转角度,单位为度(°)。

默认值:180.0°

结果验证设置(面匹配模式下,需调节该组参数)

仅考虑模板可见表面

参数解释:勾选该参数后,仅模板可见部分参与匹配,更有利于计算匹配分数,且得出的匹配置信度也更合理。

默认值:不勾选。

调节建议:若物体的点云模板在固定的相机视角下存在不可见部分(如完整圆柱物体的点云模板),推荐勾选该参数。若物体的点云模板在固定的相机视角下完整可见(如刹车盘正面的面模板),则不需要勾选该参数。

结果可视化

可视化选项

参数解释:打开“调试输出”后,选中的选项将被生成并显示。

值列表:粗匹配结果、精匹配结果、粗匹配模板降采样结果、精匹配模板降采样结果、粗匹配场景点云降采样结果、精匹配场景点云降采样结果。

默认值:精匹配结果。

仅可视化当前匹配结果

参数解释:勾选该参数后,将仅可视化显示当前模板匹配结果。

默认值:不勾选。

调节说明:取消勾选该参数后,需选择可视化的模板。

选择可视化的模板

参数解释:该参数用于选择想要可视化的点云模板。

调节建议:取消勾选仅可视化当前匹配结果后,需设置该参数。

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