Estratégia de particionamento e pré-alinhamento baseado em distância de Wasserstein para o registro de nuvens de pontos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Figueiredo, Jefferson Calixto
Orientador(a): Soares, José Marques
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79629
Resumo: 3D point cloud processing is used in multiple areas of interest, such as computer vision, robotics and augmented reality. Likewise, there are many applications that make use of this representation, such as face recognition and automatic navigation systems, among others. However, the benefit of representing objects and scenes in 3D is limited by self-occlusion because, during the acquisition of images in the form of point clouds, the sensor cannot, from a single perspective, capture the entire surface of interest. In general, it is necessary to carry out more than one acquisition in different perspectives, and then combine the views in the same reference in three-dimensional space. This operation is known as point cloud registration, and several techniques have been developed for this purpose. However, registration is a challenging and computationally intensive problem, especially when it comes to finding point correspondences from different regions and the geometric transformations necessary to obtain the desired alignment. The pronounced initial misalignment between partial views can compromise the performance and quality of many recording techniques, and has been the subject of research in many scientific works. In this context, an investigation is carried out with two focuses to help improve registration algorithms: (i) use of the Wasserstein distance to identify correspondence between cloud regions submitted to registration and; (ii) search for a pre-alignment of regions with the highest similarity index to eliminate the problem of the severity of the initial misalignment. As a result, a new pre-alignment technique with low complexity is available that increases the robustness of available registration algorithms in situations of severe misalignment. Experiments based on the Wasserstein distance suggest that it is a measure with potential both for obtaining correspondences between segments of different point clouds and in the pre-alignment process, proving to be a promising approach for future investigations aimed at developing methods that are independent of other algorithms to obtain complete alignment. Future work can also explore the Wasserstein distance to measure the quality of the record in any context, using high similarity correspondences identified in the point clouds presented.
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spelling Figueiredo, Jefferson CalixtoSoares, José Marques2025-02-03T22:03:53Z2025-02-03T22:03:53Z2024FIGUEIREDO, Jefferson Calixto. Estratégia de particionamento e pré-alinhamento baseado em distância de Wasserstein para o registro de nuvens de pontos. 2024. 62 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/796293D point cloud processing is used in multiple areas of interest, such as computer vision, robotics and augmented reality. Likewise, there are many applications that make use of this representation, such as face recognition and automatic navigation systems, among others. However, the benefit of representing objects and scenes in 3D is limited by self-occlusion because, during the acquisition of images in the form of point clouds, the sensor cannot, from a single perspective, capture the entire surface of interest. In general, it is necessary to carry out more than one acquisition in different perspectives, and then combine the views in the same reference in three-dimensional space. This operation is known as point cloud registration, and several techniques have been developed for this purpose. However, registration is a challenging and computationally intensive problem, especially when it comes to finding point correspondences from different regions and the geometric transformations necessary to obtain the desired alignment. The pronounced initial misalignment between partial views can compromise the performance and quality of many recording techniques, and has been the subject of research in many scientific works. In this context, an investigation is carried out with two focuses to help improve registration algorithms: (i) use of the Wasserstein distance to identify correspondence between cloud regions submitted to registration and; (ii) search for a pre-alignment of regions with the highest similarity index to eliminate the problem of the severity of the initial misalignment. As a result, a new pre-alignment technique with low complexity is available that increases the robustness of available registration algorithms in situations of severe misalignment. Experiments based on the Wasserstein distance suggest that it is a measure with potential both for obtaining correspondences between segments of different point clouds and in the pre-alignment process, proving to be a promising approach for future investigations aimed at developing methods that are independent of other algorithms to obtain complete alignment. Future work can also explore the Wasserstein distance to measure the quality of the record in any context, using high similarity correspondences identified in the point clouds presented.O processamento de nuvens de pontos 3D é utilizado em múltiplas áreas de interesse, como, por exemplo, visão computacional, robótica e realidade aumentada. Da mesma forma, são muitas as aplicações que fazem uso dessa representação, como o reconhecimento de faces e os sistemas de navegação automática, entre outras. Contudo, o benefício da representação de objetos e cenários em 3D é limitado pela auto-oclusão pois, durante a aquisição de imagens em forma de nuvens de pontos, o sensor não consegue, de uma única perspectiva, capturar toda a superfície de interesse. Em geral, é preciso realizar mais de uma aquisição em diferentes perspectivas, sendo necessária, em seguida, a combinação das visões em uma mesma referência no espaço tridimensional. Esta operação é denominada registro de nuvens de pontos, e diversas técnicas foram desenvolvidas para esta finalidade. Porém, o registro é um problema desafiador e computacionalmente intensivo, principalmente no que se refere a encontrar as correspondências de pontos de diferentes regiões e as transformações geométricas necessárias para obter o alinhamento desejado. O desalinhamento inicial acentuado entre as visões parciais pode comprometer o desempenho e a qualidade de muitas técnicas de registro, e tem sido objeto de pesquisa em muitos trabalhos científicos. Neste contexto, é realizada uma investigação com dois focos para auxiliar a melhoria dos algoritmos de registro: (i) utilização da distância de Wasserstein para identificação da correspondência entre regiões de nuvens submetidas ao registro e; (ii) busca de um pré-alinhamento das regiões com maior índice de similaridade para eliminar o problema da severidade do desalinhamento inicial. Como resultado, é disponibilizada uma nova técnica de pré-alinhamento de baixa complexidade que aumenta a robustez de algoritmos de registros disponíveis em situação de desalinhamento severo. Os experimentos baseados na distância de Wasserstein sugerem ser uma medida com potencial tanto para obtenção de correspondências entre as segmentos de nuvens de pontos distintas, quanto no processo de pré-alinhamento, mostrando-se ainda uma abordagem promissora para futuras investigações que visem o desenvolvimento de métodos que independam de outros algoritmos para obtenção do alinhamento completo. Futuros trabalhos podem, igualmente, explorar a distância de Wasserstein para a aferição da qualidade do registro em qualquer contexto, partindo de correspondências de alta similaridade identificadas nas nuvens de pontos utilizadas.Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.Estratégia de particionamento e pré-alinhamento baseado em distância de Wasserstein para o registro de nuvens de pontosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisNuvens de pontosDistância de WassersteinVisão por computadorPoint cloudWasserstein distanceComputer visionCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttps://lattes.cnpq.br/2624731126753423https://orcid.org/0000-0002-5111-5794http://lattes.cnpq.br/31867097496857372024-09-06ORIGINAL2024_dis_jcfigueiredo.pdf2024_dis_jcfigueiredo.pdfDissertaçãoapplication/pdf1020678http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/79629/3/2024_dis_jcfigueiredo.pdf77f26d95a51cd7ca16ee7b14a01bcb7dMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/79629/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/796292025-02-06 15:31:27.75oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-02-06T18:31:27Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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