An Iterative 3D Registration Algorithm using Random Pair of Plane Patches

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2015. 8. 이범희.본 논문은 3차원 공간에서 평면 패치를 기반으로 이미지 정합을 하는 새로운 기법을 제시한다. 정합에 사용되는 대부분의 알고리즘은 특정점 간의 유사도를 이용하여 대응관계를 구하고 이를 기반으로 두 좌표계 사이의 강체변환을 구한다. 그러나 대응관계를 구하는 문제는 특징점에 대한 정보가 부족하거나 이상점이 발생하는 경우 부정확한 결과를 초래할 수 있고 이는 곧 정합의 실패에 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 평면 패치들의 집합으로 이루어진 두 3차원 좌표계에서 각각 임의의 평면을 추출한 후 거리 제곱 평균 함수의 값을 계산하여 두 좌표계 간의 유사도를 측정한다. 이 과정을 반복적으로 수행하여 정합하고자 하는 프레임을 가장 유사하게 만드는 강체변환을 결정한다. 그 다음 고정된 강체변환에 대하여 거리 제곱 평균 함수의 값을 최소화 시키는 방향으로 평행이동 벡터를 보정하여 정합을 완료한다. 본 논문의 기법은 대응관계를 찾는 데 걸리는 시간을 줄일 수 있고 이상점에 강인하다는 데 의의가 있으며, 이를 시뮬레이션 및 실제 환경에서의 실험을 통해 검증하였다.목차 초록 i 제 1 장 Introduction 1 1.1 Backgrounds and Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Related Works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Point-based Registration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.2 Line-based Registration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.3 Plane-based Registration . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.4 Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 제 2 장 Preliminaries 10 2.1 Plane Patch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.1 Notation for Plane Patch . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.2 Problem Formulation using Plane Patch . . . . . . . . . . 14 2.2 Quaternion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.1 Basis of quaternion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3 RANSAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 제 3 장 Proposed Method 21 3.1 Selection of plane patch pair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.2 Evaluation of Rigid Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.1 Evaluation of Rotation Matrix based on Quaternion . . . 25 3.2.2 Evaluation of Translation Vector based on Moore-Penrose Pseudo Inverse Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.3 Transformation of Plane Patches . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.4 Mean Square Distance Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.5 Selection of Rigid Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.6 Optimization of Translation Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 제 4 장 Simulations 40 4.1 Preconditions for the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.2 Validity of Random Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.3 Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 제 5 장 Real Experiments 49 5.1 Environments for the Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5.2 Extraction of plane patches from point cloud . . . . . . . . . . . 50 5.3 Results of Real Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 제 6 장 Conclusion 52 참고문헌 53 Abstract 59 감사의 글 61Maste