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Registrierung von Punktwolken

Registrierung von Punktwolken
Typ:Diplomarbeit
Datum:2005
Autor(en):Nadja Klauß
Links:.PDF
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Betrachtet man das Problem, ein gegebenes Objekt in eine computergenerierte Umgebung einzubringen, so ist ein wesentlicher Schritt auf dem Weg dahin die Rekonstruktion des Objektes im Rechner. Viele der heute üblichen Methoden zur Akquirierung von 3-dimensionalen Daten gehen dieses Problem optisch an. Hierbei entsteht oftmals das Problem, dass mehrere Ansichten notwendig sind, um das ganze Objekt zu erfassen.

 
Bei der Registrierung werden die vom Scanner gelieferten Ansichten des Objekts zugeordnet. Basierend
auf diesen Zuordnungen wird ein Gesamtobjekt rekonstruiert. (Bilder entnommen aus [Huber01])

Unter der Registrierung versteht man nun die Überführung mehrerer Ansichten in ein gemeinsames Koordinatensystem. Die verschiedenen Ansichten sollen hierbei so angeordnet werden, dass ein ganzes Objekt entsteht. Für diese Überführung ist es notwendig, die Überlappung zwischen den einzelnen Ansichten zu bestimmen und mit ihrer Hilfe die notwendige Bewegung für jede Ansicht zu finden.

Das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren verwendet zur Registrierung eine graphenbasierte Darstellung der Merkmale der einzelnen Ansichten. Das Verfahren gliedert sich in zwei Abschnitte: die Extraktion der Merkmalslinien und die Bestimmung lokaler Zuordnungen.

Um die Merkmalslinien zu extrahieren, werden zunächst diejenigen Punkte bestimmt, die als Merkmalspunkte infrage kommen. Aus dieser Teilmenge der Punkte werden anschließend Merkmalslinien gesucht. Mit Hilfe dieser Linien wird ein Strukturgraph für die betrachtete Ansicht erstellt, der die Merkmalslinien (Kanten) und die von ihnen begrenzten Flächenbereiche (Knoten) enthält.

   
 Bestimmte Merkmalspunkte am Beispiel. Die
roten und grünen Punkte wurden als mögliche
Punkte von Merkmalslinien bestimmt.
Die extrahierten Merkmalslinien nach erfolgter
Nachbearbeitung. Aufbauend auf diesem
Ergebnis wird der Strukturgraph erstellt.

Zur Bestimmung der lokalen Zuordnungen wird das Verfahren aus [Messmer98] verwendet. Bei diesem Verfahren wird ein Anfragegraph simultan allen Graphen einer Modelldatenbank zugeordnet. Um Modelle zu erhalten, werden die Merkmalsgraphen der unterschiedlichen Ansichten eines Objekts in Teilgraphen zerlegt. Erste Ergebnisse zeigen, dass das Verfahren in der Theorie funktioniert.

 
Ergebnis für die Graphenzuordnung; einander zugeordnete Knoten sind gleich eingefärbt.
   
 Punktwolken-Ansichten; die Facetten sind entsprechend der zugehörigen Knoten im Graphen eingefärbt.

Literatur

[Huber01] Fully Automatic Registration of Multiple 3D Data Sets, D. Huber and M. Hebert, In IEEE Computer Society Workshop on Computer Vision Beyond the Visible Spectrum (CVBVS 2001), December, 2001, 19:989-1003, The Eurographics Association 2003
[Messmer98] A New Algorithm for Error-Tolerant Subgraph Isomorphism Detection, Bruno T. Messmer, Horst Bunke, IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. 20(5): 493-504 (1998)
[Pauly03] Multi-Scale Feature Extraction on Point-Sampled Surfaces, M. Pauly, R. Keiser, and M. Gross, Computer Graphics Forum 22, 3, 281--289, Eurographics 2003 issue