Das beste Scanmatchingverfahren

Der letzte Abschnitt hat eindeutig das simultane Scanmatching als die beste Methode für das Matching mehrerer 3D-Scans identifiziert. Wegen der hohen Laufzeit des simultanen Matchings von fast einer Minute pro aufgenommenem 3D-Scan, ist das paarweise Matching dem simultanen Matching zur Korrektur der Roboterpose vorzuziehen. Bei Verwendung des paarweisen Matchings werden zirka 2 Sekunden für das Scanmatching benötigt.

Für die obige Bestimmung des besten Verfahrens für das Matching mehrerer 3D-Scans wurde die Methode IV verwendet, also REDUZIERTE PUNKTE in einem $k$D-Baum. Um das beste Scanmatchingverfahren für die Anwendung auf dem Roboter zu ermitteln, muss untersucht werden, wie die in den Abschnitten 3.3.4 und 3.4 dieses Kapitels vorgestellten anderen Methoden das Matching mehrerer 3D-Scans beeinflussen. Dazu werden die Matchingmethoden III (alle Messpunkte und $k$D-Baum), IVa (REDUZIERTE PUNKTE mit dynamischen Gewichten und $k$D-Baum), IVb (REDUZIERE PUNKTE mit Intensitätswerten und $k$D-Baum), V (Kantenpunkte aus Matching-Algorithmus und $k$D-Baum) und VI (Kantenpunkte aus Hough-Transformation und $k$D-Baum) unter Benutzung paarweisen Matchings auf den 3D-Scans des Flurs ausgeführt. Methode I und II (brute force Suche) kommen wegen ihrer hohen Laufzeit nicht in Betracht.

Tabelle 3.6: Vergleich der bestimmten Roboterpositionen $(x,y,\theta)$. Position nach 3, 13 und 20maligem Scannen und Fahren des Roboters auf dem Testgelände. Nach dem 13. 3D-Scan dreht der Roboter am Ende des Flurs.

simultanes Matching	paarweises Matching	paarweises Matching	paarweises Matching
(Methode IV)	(Methode III)	(Methode IVa)	(Methode IVb)
(10, 414, 3.4)	(9, 416 , 3.1)	(10, 413, 3.1)	(10, 412, 3.1)
(99, 2573, 5.7)	(106, 2556, 5.9)	(80, 2508, 4.5)	(67, 2529, 3.4)
(26, 815, 186.8)	(32, 904, 187.6)	(28, 797, 182.6)	(31, 793, 186.0)

 

 

paarweises Matching	paarweises Matching
(Methode V)	(Methode VI)
(-1, 439, 16)	(5, 412, 3.9))
(108, 2569, 6.3)	(67, 2529, 3.4)
(-113, 842, 191.1)	(-118, 836, -193.4)

Tabelle 3.6 stellt die Ergebnisse für den Flur dar. Diese werden von den Abbildungen 3.15 und 3.16 verdeutlicht. Es ist die gescannte Flur-Szene zu sehen. Ein Vergleich der Abbildung 3.11 oben (Methode VI) mit Abbildung 3.15 oben (Methode III) ergibt, dass die Verwendung aller Messpunkte keinen qualitativen Vorteil bringt. Das Benutzen von dynamischen Gewichten oder Intensitätswerten (vgl. Abbildung 3.15 mitte und unten mit Abbildung 3.11 oben) produziert in etwa gleich gute Ergebnisse wie die Verwendung eines harten Schwellenwertes. Abbildung 3.16 zeigt, dass die Verwendung von Kantenpunkten ungeeignet für das Scanmatching ist. Dieses Ergebnis lässt sich aber etwas verbessern, indem andere Konstanten für das Abbruchkriterium und den maximalen Punktabstand verwendet werden.

Tabelle: Zeit für Datenverarbeitung mit Anteil für das Scanmatching bei unterschiedlichen Methoden zur Bildung von Punktpaaren.

simultanes Matching	paarweises Matching	paarweises Matching	paarweises Matching
(Methode IV)	(Methode III)	(Methode IVa)	(Methode IVb)
19m 4s (17m 44s)	4m 5s (2m 1s)	2m 1s (41s)	2m 3s (43s)

 

 

paarweises Matching	paarweises Matching
(Methode V)	(Methode VI)
2m 25s (45s)	54m (40s)

Abbildung: Vergleich der Matchingstrategien für das Scanmatching mehrerer 3D-Scans. Oben: Paarweises Scanmatching mit allen Messpunkten (Methode III). Mitte: Paarweises Matching mit dynamischen Gewichten der Punktpaare (Methode VIa). Unten: Paarweises Matching unter Berücksichtigung der Intensitätswerte (Methode VIb).

Abbildung: Vergleich der Matchingstrategien für das Scanmatching mehrerer 3D-Scans. Oben: Paarweises Scanmatching mit Kantenpunkten des Matching-Algorithmus (Methode V). Unten: Paarweises Scanmatching mit Kantenpunkten der Hough-Transformation (Methode VI).