3D粗匹配

简介

功能描述

该算子是将工件模板点云与相机采集的场景点云进行匹配计算,输出工件的大致位姿。

使用场景

用于金属物体、塑料件等非软包、不易变形工件的位姿计算,常配合【3D精匹配】算子计算精确的工件位姿。

算子输入输出

point cloud input

point cloud output

输入项

输出项

粗匹配计算过程

calculation process

参数说明

参数设置

模型点云文件

参数说明

该参数可通过映射参数选择匹配模型库中的点云模板或直接上传工件模板点云文件,上传后的点云文件也可下载

模型切换方式

单击【上传文件】弹出窗口,选择点云文件直接上传,或者通过映射参数切换。

距离离散数量

默认值

20

参数范围

2-500

参数说明

该参数用于处理参与匹配计算的点云数量,对匹配模板和场景点云进行降采样处理(距离间隔=模板尺寸/距离离散数量),距离离散数量值越大,参与匹配计算的点云数量越多,反之越少

调参说明

若默认值计算的匹配结果位置偏差比较大,可适当调大该参数,参与匹配计算点增加能够提升匹配精度,注意调大参数后,计算时间也会增加;若默认值计算时间较长,且匹配结果位置偏差较小,可适当调小该参数,提升节拍

效果

primary point cloud

scatter 15

scatter 20

scatter 30

scatter 40

推荐值

原始点云

15

20

30

40

角度离散数量

默认值

30

参数范围

1-500

参数说明

该参数用于量化初始位姿的角度值,即将连续的角度值离散为一段段间隔的角度值(角度间隔=360/角度离散数量);该值越大,初始角度精度越高,反之越低

调参说明

一般不调整该参数,若匹配的结果角度偏差比较大,可适当调大该参数;

效果

angular dispersion 20

angular dispersion 30

推荐值

20

30

参考点步长

默认值

5

参数范围

1-50

推荐值

1、3、5、10

参数说明

该参数用于选取参与匹配计算的参考点,即每隔几个点选取点云作为匹配点参与计算,参数值越大参与匹配计算的点越少,反之越多

调参说明

若默认值计算的匹配结果位置偏差比较大,可适当调小该参数值,增加匹配计算的点提升匹配精度,但计算时间也会增加

输出位姿数量上限

默认值

100

参数范围

0-100000

推荐值

5、10、20、30、50

参数说明

该参数是指单个点云计算初始位姿的最大数量,当输入多个点云时,输出的结果上限为【输入点云个数】*【输出位姿数量上限】的参数值

调参说明

若输入的点云数量为1(点云为经过聚类分割处理),按照实际的工件个数设置即可,为了保证足够正确的初始结果,一般设置的参数值会比工件个数多一些;若输入的点云数量为多个(点云经过聚类分割),参数值设置为1~5均可

高级参数

聚类角度阈值

默认值

24

参数范围

0-360

推荐值

15、20、24、30

参数说明

该参数是用于判断已经通过投票的初始位姿是否属于同一个工件,初始位姿角度差异值小于参数值,认为属于同一个工件,最终显示的匹配结果为差异值在参数范围内的位姿均值

调参说明

一般不调整该参数,若显示的匹配结果较少且角度偏差比较大,可适当调小该参数值,缩小位姿角度聚类时的计算范围,输出更多的结果,提升匹配精度,但计算时间也会增加

聚类距离阈值

默认值

6

参数范围

0-200

推荐值

3、6、10

参数说明

该参数是用于判断已经通过投票的初始位姿是否属于同一个工件,初始位姿距离差异值小于参数值,认为属于同一个工件,最终显示的匹配结果为差异值在参数范围内的初始位姿的均值

调参说明

一般不调整该参数,若显示的匹配结果较少且位置偏差比较大,可适当调小该参数值,缩小位姿位置聚类时的计算范围,输出更多的结果,提升匹配精度,但计算时间也会增加

投票过滤阈值

默认值

0.5

参数范围

0-1

推荐值

0.1、0.3、0.5、0.8、1.0

参数说明

该参数用于筛选初始位姿,生成的初始位姿进行一轮匹配计算,大于该值的初始位姿被保留;该值越高,过滤的错误结果越多,匹配结果越准确

调参说明

一般不调整该参数,若显示的匹配数量比较少,可适当调小该值;若显示的匹配数量与偏差比较大的结果较多,可适当调大该值

模型重叠阈值

默认值

0.1

参数范围

0.01-1000

推荐值

0.1、0.3、0.5、1.0

参数说明

该参数用于过滤重叠的匹配结果

调参说明

一般不调整该参数,若一个工件出现多个匹配结果时,可适当调大该值,过滤掉重复的匹配结果

匹配点搜索范围

默认值

5

参数范围

0-20

推荐值

1、3、5、10

参数说明

该参数是指模板点云与场景点云是否匹配的计算范围,用于匹配后的结果排序

调参说明

一般不调整该参数,若场景点云波动较大时,正确的匹配结果占领体素比较少,可适当调大该参数,增加正确匹配结果占领的体素数量(错误的匹配结果因为偏差比较大的原因,占领的体素数量增加较少);反之场景点云比较小时,可适当调小该参数,降低错误结果占领的体素数量,让正确的结果排在前面

调参经验分享

如何提升3D粗匹配计算精度

匹配计算时间和精度成反比,提高匹配精度会增加计算时间,【3D粗匹配】仅是计算大概的位姿,后续还有【3D精匹配】算子,因此【3D粗匹配】的计算精度不需要很高,在需要综合考虑精度和节拍;影响匹配精度的主要参数有【距离离散数量】、【参考点步长】,其次是【聚类角度阈值】、【聚类距离阈值】参数

  1. 先尝试调大【距离离散数量】或调小【参考点步长】参数,提升精度的同时计算时间增加也不多;

  2. 若不满足则同时调大【距离离散数量】、调小【参考点步长】参数,注意调整的参数值的时候同时也要兼顾计算时间;

  3. 若还不满足再尝试调小【聚类角度阈值】、【聚类距离阈值】参数

如何去除重叠的匹配结果

匹配结果重叠与【输出位姿数量上限】、【投票过滤阈值】、【模型重叠阈值】参数直接相关,其次是【匹配点搜索范围】参数

  1. 先调小【输出位姿数量上限】参数或调大【投票过滤阈值】;

  2. 若不满足则调大【模型重叠阈值】或【匹配点搜索范围】