Masterarbeit Corinna Harmening Raum-zeitliche Segmentierung ...

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4 Entwicklung eines Verfahrens zur raum-zeitlichen Segmentierung von natürlichen Objekten Da die vier Seitenwände der Kiste einen deutlich größeren Teil der Punktwolke einnehmen als die Styroporplatte, wird mit der Extraktion der Kiste begonnen. Hierfür wird im Prinzip viermal hintereinander eine Ebenenextraktion mit Hilfe des RANSAC-Algorithmus durchgeführt, wobei diejenigen Punkte, die in einer der Iterationen einer Ebene zugeordnet werden, in der nächsten Iteration nicht mehr berücksichtigt werden; die Punktwolke wird somit in jedem der vier Iterationsschritte um eine Seitenwand reduziert. Das direkte Anwenden des RANSAC-Algorithmus liefert zunächst jedoch keine guten Ergebnisse (siehe Abbildung 4.14 (links)): Trotz Verwendung der geglätteten Punktwolke erfolgt keine saubere Trennung von Styroporplatte und Seitenwand, was dazu führt, dass die geschätzte Ebene geneigt im Raum liegt. Aus diesem Grund werden zwei Modifikationen des RANSAC-Algorithmus durchgeführt: • Zum einen wird der Suchraum, aus dem die drei für die Bestimmung des Modells benötigten Punkte ausgewählt werden, weiter eingeschränkt: Ausgewählt werden nur Punkte aus dem unteren Bereich der Kiste, sodass garantiert keiner auf der Styroporplatte liegt. Bewertet wird das Modell jedoch weiterhin mit Hilfe der gesamten Punktwolke. • Zum anderen wird eine Restriktion eingeführt, die als gültiges Modell nur Ebenen akzeptiert, die annähernd senkrecht stehen. Ist die Bedingung n T · e 3 ! < 0.1 (4.1) mit: n : Normalenvektor der Ebene [ ] e 3 = 0 0 1 nicht erfüllt, so wird die Auswahl als ungültig angesehen und der Berechnungsschritt zählt nicht als eine der k maximal durchzuführenden Iterationen. Insgesamt erhöhen diese Modifikationen zwar die Anzahl der durchzuführenden Berechnungsschritte, dieser erhöhte Rechenaufwand wird jedoch in Kauf genommen, da sich das Ergebnis deutlich verbessert (Abbildung 4.14 (rechts)). 68
4.3 Räumliche Segmentierung Abb. 4.14: Extraktion einer Seitenwand der Kiste (blau: Ausgangspunktwolke, rot: Ergebnisebene, grün: extrahierte Punkte): einfacher RANSAC (links), modifizierter RANSAC (rechts) Ist die erste Ebene E 1 gefunden, erlaubt die Kenntnis der Kistenmaße eine erneute Verkleinerung des Suchraumes: Gesucht wird zunächst die zu E 1 parallele Ebene, sodass – unabhängig davon, ob die bereits gefundene Ebene eine Quer- oder eine Längsseite der Kiste darstellt – alle Punkte, die einen Abstand d
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