Fast Point Feature Histogram (FPFH)特征

在做三維點(diǎn)云匹配(Point cloud registration)的時(shí)候朵你,通用的做法是先做基于特征及RANSAC的粗匹配耳舅,然后再做一輪精匹配。粗匹配常使用的一種特征是FPFH特征松嘶,而精匹配一般使用的是ICP(Iterative closest point)的方法昔期。本文主要是記錄FPFH特征。

PFH (Point Feature Histogram)

我們先介紹一下PFH特征刻恭。對(duì)于點(diǎn)云中的任意一點(diǎn)p瞧省,我們定義一個(gè)半徑r,對(duì)于在r定義的球形鄰域內(nèi)鳍贾,任意兩個(gè)點(diǎn)p_i, p_j鞍匾,PFH的定義過(guò)程如下:

neighbor.png
  1. 計(jì)算p_i, p_j之間的特征描述
pipj.png

定義一個(gè)局部坐標(biāo)系

u=n_s,v=(p_t-p_s)\times u / \|p_t-p_s\|, w=u\times v

coor.png

特征可計(jì)算為

\begin{align*} f_0 &= \langle v, n_t \rangle \\ f_1 &= \langle u, p_t-p_s\rangle / \|p_t-p_s\| \\ f_2 &= \arctan\left(\langle w, n_t \rangle / \langle u, n_t \rangle \right)\\ f_3 &= \|p_t-p_s\| \end{align*}

  1. 計(jì)算histogram:將每個(gè)feature按預(yù)設(shè)的大小設(shè)置n個(gè)bin,然后查看p_i,p_j對(duì)應(yīng)的特征描述落在哪個(gè)區(qū)間骑科,對(duì)于p的領(lǐng)域內(nèi)所有的點(diǎn)對(duì)橡淑,可以得到對(duì)應(yīng)的feature histogram.
histogram.png

在PCL的實(shí)現(xiàn)中,f_3是不考慮的咆爽,而對(duì)于角度分量梳码,每個(gè)分量被分成了11個(gè)bin,由于角度是在[-1,1]中的伍掀,所以上述公式中對(duì)應(yīng)的f_{\min}=-1, f_{\max}=1.

SPFH (Simplified Point Feature Histogram)

SPF是PFH的一種簡(jiǎn)化版掰茶,區(qū)別在于計(jì)算histogram的時(shí)候,只使用點(diǎn)p與其他點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)對(duì)蜜笤。

FPFH

FPFH的計(jì)算可以按如下定義

fpf.png
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