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一种基于实例分割和点云配准的六维位姿估计方法
信息技术与网络安全
侯大伟
(中国科学技术大学 信息科学技术学院,安徽 合肥230026)
摘要: 本文提出一种基于Mask R-CNN实例分割网络和Super4PCS点云配准算法来估计物体六维姿态的方法。通过目标点云与已知位姿的参考点云进行配准,可以获取目标的六维姿态。但实际中往往采用三维设备扫描目标的整体环境,生成的点云数量庞大,直接作为源点云与参考点云配准时,会由于候选集较多从而导致运算时间太长,因此本文先对目标实例分割处理后再配准:首先,利用深度相机获取整体环境的RGB-D图,其次利用Mask R-CNN模型将把目标分割出来,并将分割的目标RGB-D图转化为点云图,利用Super4PCS点云配准算法与参考点云进行配准,最终得到目标的六维位姿。在自制作的数据集上进行了验证,对比分割前后的四组实验,时间降低率约为60%-80%,有效证明了本方法的可行性。
中图分类号: TP391
文献标识码: A
DOI: 10.19358/j.issn.2096-5133.2021.06.010
引用格式: 侯大伟. 一种基于实例分割和点云配准的六维位姿估计方法[J].信息技术与网络安全,2021,40(6):56-61.
6D pose estimation based on instance segmentation and point cloud registration
Hou Dawei
(School of Information Science and Technology,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China)
Abstract: This paper proposes a method to estimate the six-dimensional pose of an object based on the Mask R-CNN instance segmentation network and the Super4PCS point cloud registration algorithm. The six-dimensional pose of the target can be generally estimated by registering the point cloud of the environment and the target. The number of point clouds generated by the scanning the overall environment with 3D equipment is huge, the calculation time will be too long when directly using the source point cloud to register the reference point cloud. Therefore, this article will divide the target before registration. Firstly, we obtain the RGB-D map of the overall environment by the depth-sensing camera. Secondly, we use the Mask-R CNN model to segment the target, after that we convert the RGB-D map of the segmented target into a point cloud image and complete the point cloud registration of the reference and the segmented target through Super4PCS algorithm. We finally obtain the six-dimensional pose of the target and compare the four sets of experiments based on our dataset. The results show that the time reduction rate is about 60%-80%, which effectively illustrates the feasibility of our method.
Key words : 6D pose estimation;Mask R-CNN instance segmentation;Super4PCS point cloud registration

0 引言

点云配准是三维重建、工业测量、机器人抓取等方面的一种常见方法,目标是将不同视角下点云拼接成一块完整的点云数据。随着深度相机的广泛应用,研究人员可以便捷地获取三维空间的点云数据,用以估计物体的六维位姿。图1(a)和图1(b)是在不同视角下的存在交集的两片点云,不断地调整交集部分的点云直到基本重叠,最终两片点云拼接为一个整体(图1(c))。

以上两片点云配准的过程,本质上得到的是两片点云之间相对位姿的变换矩阵。假设其中一片点云参考目标,即相对世界坐标系的位姿参数均已知,便可推理得到另一片点云的位姿,从而实现目标点云的位姿估计。




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作者信息:

侯大伟

(中国科学技术大学 信息科学技术学院,安徽 合肥230026)


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