Μελέτη Αλγορίθμων Τμηματοποίησης Σε 3δ Nέφη Σημείων Με Χρήση Αισθητήρα Kinect

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση και ανάλυση πέντε αλγορίθμων τμηματοποίησης Τρισδιάστατων (3Δ) νεφών σημείων. Οι αλγόριθμοι θα εξετασθούν και θα συγκριθούν ως προς την αποδοτικότητα τους, την παραμετροποίηση τους, το χρόνο εκτέλεσης τους και το είδος της τμηματοποίησης που εκτελούν. Οι αλγόριθμοι που επιλέχθηκαν είναι οι: Planar Segmentation, Cylinder Segmentation, Min-Cut Segmentation, Cluster Extraction Segmentation και Region Growing Segmentation.Η υλοποίηση αυτών των αλγορίθμων έγινε με τη βοήθεια της ανοικτής βιβλιοθήκης Point Cloud Library (PCL). Η βιβλιοθήκη αυτή παρέχει όλες τις απαραίτητες συναρτήσεις και εντολές που καθιστούν τη δημιουργία και εκτέλεση των αλγορίθμων τμηματοποίησης εφικτή. Για την παρούσα διπλωματική εργασία προστέθηκαν στους αλγορίθμους οι λειτουργίες δειγματοληψίας (down-sampling), μέτρησης χρόνου εκτέλεσης καθώς και η λειτουργία απεικόνισης στην οθόνη του υπολογιστή του αποτελέσματος της τμηματοποίησης μετά το πέρας του αλγορίθμου.Ως είσοδος των αλγορίθμων αυτών λαμβάνονται σκηνές (scenes) που έχουν ληφθεί μέσω του αισθητήρα KINECT. Πρόκειται για έναν μεγάλης ακρίβειας και χαμηλού κόστους αισθητήρα, του οποίου το λογισμικό διατίθεται χωρίς επιπλέον κόστος. Ο αισθητήρας αυτός έχει τη δυνατότητα μέσω ενός συστήματος πομπού και δέκτη υπερύθρων να παράγει τρισδιάστατες εικόνες με πληροφορίες βάθους, οι οποίες αποτελούν τα εν λόγω νέφη σημείων. Μαζί με κάθε σκηνή, οι αλγόριθμοι δέχονται και ένα πλήθος παραμέτρων ο καθένας, που είναι απαραίτητες για την εκτέλεση του. Βάσει αυτών των παραμέτρων, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να προσαρμόσει τον αλγόριθμο στις ανάγκες κάθε σκηνής ώστε να παραχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Για την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας λήφθηκαν 9 σκηνές οι οποίες και δοκιμάστηκαν με κάθε αλγόριθμο. Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται είναι ποιοτικά (εικόνες) αλλά και αριθμητικά (χρόνοι εκτέλεσης) και προέκυψαν μετά από πολλαπλές εκτελέσεις των αλγορίθμων με δοκιμή μεγάλου εύρους των παραμέτρων τους για κάθε σκηνή.