Otimização global do registro de nuvens de pontos 3D por interpolação linear esférica (SLERP) de quatérnios em circuitos fechados

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Benevides, Rubens Antonio Leite
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/71952
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Daniel Rodrigues dos Santos
id UFPR_4573a060601d69726c234e7703bb49d0
oai_identifier_str oai:acervodigital.ufpr.br:1884/71952
network_acronym_str UFPR
network_name_str Repositório Institucional da UFPR
repository_id_str 308
spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências da Terra. Programa de Pós-Graduação em Ciências GeodésicasSantos, Daniel Rodrigues dos, 1973-Benevides, Rubens Antonio Leite2024-01-12T19:58:50Z2024-01-12T19:58:50Z2021https://hdl.handle.net/1884/71952Orientador: Prof. Dr. Daniel Rodrigues dos SantosDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa : Curitiba, 09/03/2021Inclui referências: p.95-101Resumo: Reconstruir digitalmente o mundo 3D a nossa volta é um tema que interessa a diversas áreas do conhecimento e tem vastas aplicações. Na última década, a quantidade de sensores LIDAR (Light Detection and Ranging) cresceu continuamente em função deste fato, o que desencadeou alta demanda pelo aprimoramento do produto bruto desta tecnologia, as nuvens de pontos 3D. Neste contexto, o Laser Scaner Terrestre (LST) se estabeleceu como padrão de qualidade na digitalização 3D de ambientes complexos. Este instrumento utiliza o sensoriamento remoto ativo do tipo LIDAR para gerar nuvens de pontos. Todavia, devido ao modo de operação por varredura, estas nuvens sofrem com obstruções na linha de visão do laser. A consequência disto é que, para obter a digitalização completa de um objeto, diferentes locais são ocupados pelo sensor, e cada posição nova estabelece um sistema de coordenadas relativo àquela posição. Estimar os parâmetros da transformação relativa entre estes sistemas é o problema conhecido como registro de nuvens de pontos 3D. Habitualmente, na reconstrução de um ambiente, múltiplas nuvens de pontos são registradas ao longo de um circuito. Mas, transformar todas as coordenadas destas nuvens para uma única origem global, acumula os erros de cada transformação envolvida. Distribuir este erro ao longo dos parâmetros de orientação de todas as nuvens é o problema abordado neste trabalho. Para isto, um circuito fechado é definido entre as nuvens de um ambiente. Em seguida, as transformações entre pares são estimadas na etapa de registro local. Neste trabalho, três estratégias de registro local foram adotadas, uma automática, uma manual e outra de refinamento por ICP (Iterative Closest Point). Obtido o circuito, os parâmetros de orientação global de cada nuvem são calculados por composição das transformações em pares. O ajuste dos parâmetros das rotações globais ocorre convertendo-os para quatérnios, onde cada quatérnio que rotaciona uma nuvem para a origem é interpolado com outro. Utiliza-se a técnica SLERP (Spherical Linear Interpolation), com intervalos de interpolação deduzidos pelo Método dos Mínimos Quadrados (MMQ). Translações são ajustadas independentemente com o modelo de (LU e MILIOS, 1997). Cinco conjuntos de dados foram utilizados nos testes. Fez-se uma análise qualitativa, em cada, por observação direta, e uma análise quantitativa, em que a distância entre os parâmetros otimizados e não-otimizados foi medida para a verdade de campo (groundtruth). Os resultados foram positivos em 4 dos 5 conjuntos. Na análise qualitativa, melhorias gerais foram observadas na organização global das nuvens de cada conjunto. Na análise quantitativa, os parâmetros de cada transformação se aproximaram do groundtruth, tanto os parâmetros de rotação quanto os de translação. Palavras-chave: Nuvem de pontos 3D. Otimização Global. SLERP. Laser Scanner Terrestre. Quatérnios.Abstract: Digitally reconstructing the 3D world around us is a topic that interests several areas of knowledge and has wide applications. In the last decade, the number of LIDAR (Light Detection and Ranging) sensors has grown continuously due to this fact, which has triggered high demand for the improvement of the crude product of this technology, the 3D point clouds. In this context, the Terrestrial Laser Scanner (TLS) has established itself as a quality standard in 3D scanning of complex environments. This instrument uses active remote sensing of the LIDAR type to generate point clouds. However, due to the sweeping mode of operation, these clouds suffer from obstructions in the laser line of sight. The consequence of this is that, in order to obtain a complete digitization of an object, different locations are occupied by the sensor, and each new position establishes a coordinate system relative to that position. Estimating the parameters of the relative transformation between these systems is the problem known as 3D point cloud registration. Usually, in the reconstruction of an environment, multiple point clouds are recorded along a circuit. But, transforming all the coordinates of these clouds to a single global source, accumulates the errors of each transformation involved. Distributing this error over the orientation parameters of all clouds is the problem addressed in this work. For this, a closed circuit is defined between the clouds of an environment. Then, the transformations between pairs are estimated at the local registration stage. In this work, three local registration strategies were adopted, an automatic, a manual and another for refinement with ICP (Iterative Closest Point). Once the circuit is obtained, the global orientation parameters of each cloud are calculated by composing the transformations in pairs. The adjustment of global rotation parameters occurs by converting them to quaternions, where each quaternion that rotates a cloud to the origin is interpolated with another. The SLERP (Spherical Linear Interpolation) technique is used, with interpolation intervals deduced by the Least Squares Method (LSQ). Translations are adjusted independently with the model of (LU and MILIOS, 1997). Five sets of data were used in the tests. There was a qualitative analysis, in each, by direct observation, and a quantitative analysis, in which the distance between the optimized and non-optimized parameters was measured for the groundtruth. The results were positive in 4 of the 5 datasets. In the qualitative analysis, general improvements were observed in the global organization of the clouds in each set. In the quantitative analysis, the parameters of each transformation approached the groundtruth, both the rotation and translation parameters. Keywords: 3D point cloud. Global optimization. SLERP. Terrestrial Laser Scanner. Quaternions.1 recurso online : PDF.application/pdfProgramaçao (Matemática)InterpolaçãoCartografia - Uso do laserQuaterniosGeodésiaLasersSistemas de varreduraOtimização global do registro de nuvens de pontos 3D por interpolação linear esférica (SLERP) de quatérnios em circuitos fechadosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - RUBENS ANTONIO LEITE BENEVIDES.pdfapplication/pdf2979863https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/71952/1/R%20-%20D%20-%20RUBENS%20ANTONIO%20LEITE%20BENEVIDES.pdf06d7c877683a3ffa8b4c9f330720701dMD51open access1884/719522024-01-12 16:58:50.372open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/71952Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-01-12T19:58:50Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Otimização global do registro de nuvens de pontos 3D por interpolação linear esférica (SLERP) de quatérnios em circuitos fechados
title Otimização global do registro de nuvens de pontos 3D por interpolação linear esférica (SLERP) de quatérnios em circuitos fechados
spellingShingle Otimização global do registro de nuvens de pontos 3D por interpolação linear esférica (SLERP) de quatérnios em circuitos fechados
Benevides, Rubens Antonio Leite
Programaçao (Matemática)
Interpolação
Cartografia - Uso do laser
Quaternios
Geodésia
Lasers
Sistemas de varredura
title_short Otimização global do registro de nuvens de pontos 3D por interpolação linear esférica (SLERP) de quatérnios em circuitos fechados
title_full Otimização global do registro de nuvens de pontos 3D por interpolação linear esférica (SLERP) de quatérnios em circuitos fechados
title_fullStr Otimização global do registro de nuvens de pontos 3D por interpolação linear esférica (SLERP) de quatérnios em circuitos fechados
title_full_unstemmed Otimização global do registro de nuvens de pontos 3D por interpolação linear esférica (SLERP) de quatérnios em circuitos fechados
title_sort Otimização global do registro de nuvens de pontos 3D por interpolação linear esférica (SLERP) de quatérnios em circuitos fechados
author Benevides, Rubens Antonio Leite
author_facet Benevides, Rubens Antonio Leite
author_role author
dc.contributor.other.pt_BR.fl_str_mv Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências da Terra. Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Santos, Daniel Rodrigues dos, 1973-
dc.contributor.author.fl_str_mv Benevides, Rubens Antonio Leite
contributor_str_mv Santos, Daniel Rodrigues dos, 1973-
dc.subject.por.fl_str_mv Programaçao (Matemática)
Interpolação
Cartografia - Uso do laser
Quaternios
Geodésia
Lasers
Sistemas de varredura
topic Programaçao (Matemática)
Interpolação
Cartografia - Uso do laser
Quaternios
Geodésia
Lasers
Sistemas de varredura
description Orientador: Prof. Dr. Daniel Rodrigues dos Santos
publishDate 2021
dc.date.issued.fl_str_mv 2021
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2024-01-12T19:58:50Z
dc.date.available.fl_str_mv 2024-01-12T19:58:50Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/1884/71952
url https://hdl.handle.net/1884/71952
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 1 recurso online : PDF.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFPR
instname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron:UFPR
instname_str Universidade Federal do Paraná (UFPR)
instacron_str UFPR
institution UFPR
reponame_str Repositório Institucional da UFPR
collection Repositório Institucional da UFPR
bitstream.url.fl_str_mv https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/71952/1/R%20-%20D%20-%20RUBENS%20ANTONIO%20LEITE%20BENEVIDES.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 06d7c877683a3ffa8b4c9f330720701d
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1801860313582141440

Registros relacionados