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Computergraphik

Großer Beleg

REGISTRIEREN VON 3D PUNKTWOLKEN MIT HILFE VON MLS BASIERTEN MULTISKALEN-FEATURES

Lehrstuhl für Computergraphik und Visualisierung


Student: Gunnar Schröder
Betreuer: Dipl.-Medien-Inf. Sören König
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. rer. nat. Stefan Gumhold

MOTIVATION

Zur Erfassung und Rekonstruktion der Gesamtoberflächengeometrie eines realen Objektes ist es notwendig, mehrere Teilscans, die von verschiedenen Seiten aus aufgenommen wurden, anhand ihrer Überlappungsbereiche aneinander auszurichten und somit zu einem Ganzen zusammenzusetzen (Registrierung). Dazu müssen paarweise Oberflächenkorrespondenzen zwischen den einzelnen Teilscans gefunden und eine Transformation berechnet werden, welche die gefundenen Korrespondenzen möglichst gut übereinander bringt. Für die Identifizierung solcher Korrespondenzen werden meist lokale Oberflächenfeatures basierend auf lokalen Oberflächencharakteristika, wie z.B. Krümmungen, aus den Einzelscans extrahiert. Solche Features sind einerseits oft mehrdeutig und andererseits anfällig gegenüber Störungen, wie z.B. Rauschen.

BESCHREIBUNG

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines robusteren Ansatzes zur Registrierung, bei dem lokale Features auf mehreren Detail- und Auflösungsgeraden extrahiert und somit eindeutiger und rauschunempfindlicher gemacht werden sollen. Als Basis wird dabei eine Multiskalen-MLS-Oberfläche zur Repräsentation der Teilscans verwendet. Die MLS-Repräsentation erlaubt lokale Oberflächeneigenschaften, wie beispielsweise die Hauptkrümmungen, für unterschiedliche Detailstufen zu analysieren und diese zu einem Multiskalenfeature zu kombinieren. Mit diesen Multiskalenfeatures und einem RANSAC-Ansatz werden Korrespondenzen zwischen den Teilscans bestimmt und eine Starrkörpertransformation berechnet, welche die Scans aneinander ausrichtet. Desweiteren werden verschiedene Beschleunigungsdatenstrukturen für Punktwolken verglichen und eine Variante des ICP-Algorithmus zur Feinregistrierung implementiert.

ERGEBNISSE

Zwei Scans aus dem Coatie-Datensatz, die anhand der ersten Hauptkrümmung der MLS-Oberfläche für den Skalenparameter h = 1, 2, 4 und 8 koloriert wurden:

Coatie with curvature coloring Coatie with curvature coloring
Coatie with curvature coloring Coatie with curvature coloring
Coatie with curvature coloring Coatie with curvature coloring
Coatie with curvature coloring Coatie with curvature coloring

Korrespondenzen zwischen zwei Scans des Bee-Datensatzes die mit Hilfe unserer Multiskalen-Features bestimmt wurden:

Raw correspondences
Korrespondenzen für gesampelte Punkte
Correspondences after RANSAC
Korrespondenzen nach RANSAC Filterung

AUSBLICK

Aufbauend auf die Ergebnisse dieser Arbeit könnten folgende Aspekte weiter erforscht werden:

  • Entwicklung eines globalen Registrierungsverfahrens auf Basis der berechneten paarweisen Korrespondenzen
  • Verringerung der notwendigen Vorberechnungen für das Ermitteln von Korrespondenzen
  • Analyse und Evaluation der Auswirkungen der Skalenauswahl und Verwendung anderer Oberflächencharakteristiken als Hauptkrümmungen auf die Qualität der ermittelten Korrespondenzen

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Stand: 1.2.2010, 14:39 Uhr
Autor: Corina Weissbach