Three-dimensional (3D) technologies have been developing rapidly recent years, and have influenced industrial, medical, cultural, and many other fields. In this paper, we introduce an automatic 3D human head scanning-printing system, which provides a complete pipeline to scan, reconstruct, select, and finally print out physical 3D human heads. To enhance the accuracy of our system, we developed a consumer-grade composite sensor (including a gyroscope, an accelerometer, a digital compass, and a Kinect v2 depth sensor) as our sensing device. This sensing device is then mounted on a robot, which automatically rotates around the human subject with approximate 1-meter radius, to capture the full-view information. The data streams are further processed and fused into a 3D model of the subject using a tablet located on the robot. In addition, an automatic selection method, based on our specific system configurations, is proposed to select the head portion. We evaluated the accuracy of the proposed system by comparing our generated 3D head models, from both standard human head model and real human subjects, with the ones reconstructed from FastSCAN and Cyberware commercial laser scanning systems through computing and visualizing Hausdorff distances. Computational cost is also provided to further assess our proposed system.

培训和测试监督对象检测模型需要大量带有地面真相标签的图像。标签定义图像中的对象类及其位置，形状以及可能的其他信息，例如姿势。即使存在人力，标签过程也非常耗时。我们引入了一个新的标签工具，用于2D图像以及3D三角网格：3D标记工具（3DLT）。这是一个独立的，功能丰富和跨平台软件，不需要安装，并且可以在Windows，MacOS和基于Linux的发行版上运行。我们不再像当前工具那样在每个图像上分别标记相同的对象，而是使用深度信息从上述图像重建三角形网格，并仅在上述网格上标记一次对象。我们使用注册来简化3D标记，离群值检测来改进2D边界框的计算和表面重建，以将标记可能性扩展到大点云。我们的工具经过最先进的方法测试，并且在保持准确性和易用性的同时，它极大地超过了它们。

We propose a 6D RGB-D odometry approach that finds the relative camera pose between consecutive RGB-D frames by keypoint extraction and feature matching both on the RGB and depth image planes. Furthermore, we feed the estimated pose to the highly accurate KinectFusion algorithm, which uses a fast ICP (Iterative Closest Point) to fine-tune the frame-to-frame relative pose and fuse the depth data into a global implicit surface. We evaluate our method on a publicly available RGB-D SLAM benchmark dataset by Sturm et al. The experimental results show that our proposed reconstruction method solely based on visual odometry and KinectFusion outperforms the state-of-the-art RGB-D SLAM system accuracy. Moreover, our algorithm outputs a ready-to-use polygon mesh (highly suitable for creating 3D virtual worlds) without any postprocessing steps.

Figure 1: Example output from our system, generated in real-time with a handheld Kinect depth camera and no other sensing infrastructure. Normal maps (colour) and Phong-shaded renderings (greyscale) from our dense reconstruction system are shown. On the left for comparison is an example of the live, incomplete, and noisy data from the Kinect sensor (used as input to our system).

通常，非刚性登记的问题是匹配在两个不同点拍摄的动态对象的两个不同扫描。这些扫描可以进行刚性动作和非刚性变形。由于模型的新部分可能进入视图，而其他部件在两个扫描之间堵塞，则重叠区域是两个扫描的子集。在最常规的设置中，没有给出先前的模板形状，并且没有可用的标记或显式特征点对应关系。因此，这种情况是局部匹配问题，其考虑了随后的扫描在具有大量重叠区域的情况下进行的扫描经历的假设[28]。本文在环境中寻址的问题是同时在环境中映射变形对象和本地化摄像机。

许多施工机器人任务（例如自动水泥抛光或机器人石膏喷涂）需要高精度3D表面信息。但是，目前在市场上发现的消费级深度摄像头还不够准确，对于需要毫米（mm）级别准确性的这些任务。本文介绍了SL传感器，SL传感器是一种结构化的光传感溶液，能够通过利用相移初量法（PSP）编码技术来生产5 Hz的高保真点云。将SL传感器与两个商用深度摄像机进行了比较 - Azure Kinect和Realsense L515。实验表明，SL传感器以室内表面重建应用的精度和精度超过了两个设备。此外，为了证明SL传感器成为机器人应用的结构化光传感研究平台的能力，开发了运动补偿策略，该策略允许SL传感器在传统PSP方法仅在传感器静态时工作时在线性运动过程中运行。现场实验表明，SL传感器能够生成喷雾灰泥表面的高度详细的重建。机器人操作系统（ROS）的软件和SL传感器的示例硬件构建是开源的，其目的是使结构化的光传感更容易被施工机器人社区访问。所有文档和代码均可在https://github.com/ethz-asl/sl_sensor/上获得。

Point Cloud Registration is the problem of aligning the corresponding points of two 3D point clouds referring to the same object. The challenges include dealing with noise and partial match of real-world 3D scans. For non-rigid objects, there is an additional challenge of accounting for deformations in the object shape that happen to the object in between the two 3D scans. In this project, we study the problem of non-rigid point cloud registration for use cases in the Augmented/Mixed Reality domain. We focus our attention on a special class of non-rigid deformations that happen in rigid objects with parts that move relative to one another about joints, for example, robots with hands and machines with hinges. We propose an efficient and robust point-cloud registration workflow for such objects and evaluate it on real-world data collected using Microsoft Hololens 2, a leading Mixed Reality Platform.

本文提出了一种新颖的方法，用于在具有复杂拓扑结构的地下领域的搜索和救援行动中自动合作。作为CTU-Cras-Norlab团队的一部分，拟议的系统在DARPA SubT决赛的虚拟轨道中排名第二。与专门为虚拟轨道开发的获奖解决方案相反，该建议的解决方案也被证明是在现实世界竞争极为严峻和狭窄的环境中飞行的机上实体无人机的强大系统。提出的方法可以使无缝模拟转移的无人机团队完全自主和分散的部署，并证明了其优于不同环境可飞行空间的移动UGV团队的优势。该论文的主要贡献存在于映射和导航管道中。映射方法采用新颖的地图表示形式 - 用于有效的风险意识长距离计划，面向覆盖范围和压缩的拓扑范围的LTVMAP领域，以允许在低频道通信下进行多机器人合作。这些表示形式与新的方法一起在导航中使用，以在一般的3D环境中可见性受限的知情搜索，而对环境结构没有任何假设，同时将深度探索与传感器覆盖的剥削保持平衡。所提出的解决方案还包括一条视觉感知管道，用于在没有专用GPU的情况下在5 Hz处进行四个RGB流中感兴趣的对象的板上检测和定位。除了参与DARPA SubT外，在定性和定量评估的各种环境中，在不同的环境中进行了广泛的实验验证，UAV系统的性能得到了支持。

几十年来，机器人和手眼校准都一直是研究的目的。尽管当前方法能够精确，可靠地识别机器人运动模型的参数，但它们仍然依赖于外部设备，例如校准对象，标记和/或外部传感器。本文没有试图将记录的测量结果适合已知对象的模型，而是将机器人校准视为离线大满贯问题，其中扫描姿势通过移动的运动学链将扫描姿势链接到空间中的固定点。因此，提出的框架允许使用任意眼睛深度传感器的机器人校准，从而无需任何外部工具就可以实现完全自主的自主校准。我的新方法是利用迭代最接近点算法的修改版本来运行多个3D记录的捆绑调整，以估计运动模型的最佳参数。对系统的详细评估显示在带有各种附着的3D传感器的真实机器人上。提出的结果表明，该系统以其成本的一小部分达到了与专用外部跟踪系统相当的精度。

使用增强现实（AR）用于导航目的，这表明在手术手术过程中协助医生有益。这些应用通常需要知道外科手术工具和患者的姿势，以提供外科医生在任务执行过程中可以使用的视觉信息。现有的医学级跟踪系统使用放置在手术室内的红外摄像头（OR）来识别感兴趣的对象附加并计算其姿势的复古反射标记。一些市售的AR头式显示器（HMD）使用类似的摄像头进行自定位，手动跟踪和估算对象的深度。这项工作提出了一个使用AR HMD的内置摄像机来准确跟踪复古反射标记的框架，例如在手术过程中使用的标记，而无需集成任何其他组件。该框架还能够同时跟踪多个工具。我们的结果表明，横向翻译的准确度为0.09 +-0.06毫米，可以实现标记的跟踪和检测，纵向翻译的0.42 +-0.32 mm，绕垂直轴旋转的0.80 +-0.39 ver。此外，为了展示所提出的框架的相关性，我们在手术程序的背景下评估了系统的性能。该用例旨在在骨科过程中复制K-Wire插入的场景。为了进行评估，为两名外科医生和一名生物医学研究人员提供了视觉导航，每次都进行了21次注射。该用例的结果提供了与基于AR的导航程序报告的相当精度。

A key requirement for leveraging supervised deep learning methods is the availability of large, labeled datasets. Unfortunately, in the context of RGB-D scene understanding, very little data is available -current datasets cover a small range of scene views and have limited semantic annotations. To address this issue, we introduce ScanNet, an RGB-D video dataset containing 2.5M views in 1513 scenes annotated with 3D camera poses, surface reconstructions, and semantic segmentations. To collect this data, we designed an easy-to-use and scalable RGB-D capture system that includes automated surface reconstruction and crowdsourced semantic annotation. We show that using this data helps achieve state-of-the-art performance on several 3D scene understanding tasks, including 3D object classification, semantic voxel labeling, and CAD model retrieval.

旋转激光雷达数据对于3D感知任务普遍存在，但尚未研究其圆柱形图像形式。传统方法将扫描视为点云，并且它们依赖于昂贵的欧几里德3D最近邻居搜索数据关联或依赖于投影范围图像以进行进一步处理。我们重新审视LIDAR扫描形成，并呈现来自原始扫描数据的圆柱形范围图像表示，配备有效校准的球形投射模型。通过我们的配方，我们1）收集一个LIDAR数据的大型数据集，包括室内和室外序列，伴随着伪接地的真理姿势;2）评估综合性和现实世界转型的序列上的投影和常规登记方法;3）将最先进的RGB-D算法转移到LIDAR，其运行高达180 Hz的注册和150 Hz以进行密集的重建。数据集和工具将被释放。

Figure 1: Frankenstein (silver) and Adam (gold). This paper presents a 3D human model capable of concurrently tracking the large-scale posture of the body along with the smaller details of a persons facial expressions and hand gestures.

休眠季节葡萄树修剪需要熟练的季节性工人，这在冬季变得越来越缺乏。随着在短期季节性招聘文化和低工资的短期季节性招聘文化和低工资的时间内，随着工人更少的葡萄藤，葡萄藤往往被修剪不一致地导致葡萄化物不平衡。除此之外，目前现有的机械方法无法选择性地修剪葡萄园和手动后续操作，通常需要进一步提高生产成本。在本文中，我们展示了崎岖，全自治机器人的设计和田间评估，用于休眠季节葡萄园的端到最终修剪。该设计的设计包括新颖的相机系统，运动冗余机械手，地面机器人和在感知系统中的新颖算法。所提出的研究原型机器人系统能够在213秒/葡萄藤中完全从两侧刺激一排藤蔓，总修枝精度为87％。与机械预灌浆试验相比，商业葡萄园中自治系统的初始现场测试显示出休眠季节修剪的显着变化。在手稿中描述了设计方法，系统组件，经验教训，未来增强以及简要的经济分析。

机器人超声（US）成像已被视为克服美国自由手检查的局限性，即操作员互操作机构的局限性。 \修订{然而，机器人美国系统在扫描过程中无法对主体运动做出反应，这限制了他们的临床接受。}关于人类超声检查员，他们经常通过重新定位探针甚至重新启动摄取，尤其是因为扫描而对患者的运动做出反应。具有较长结构等肢体动脉的解剖学。为了实现这一特征，我们提出了一个基于视觉的系统来监视受试者的运动并自动更新扫描轨迹，从而无缝获得目标解剖结构的完整3D图像。使用RGB图像中的分段对象掩码开发运动监视模块。一旦受试者移动，机器人将通过使用迭代最接近点算法在移动前后获得的对象的表面点云来停止并重新计算合适的轨迹。之后，为了确保重新定位US探针后的最佳接触条件，使用基于置信的微调过程来避免探针和接触表面之间的潜在间隙。最后，整个系统在具有不均匀表面的人类臂幻象上进行了验证，而对象分割网络也在志愿者上得到验证。结果表明，提出的系统可以对对象运动做出反应，并可靠地提供准确的3D图像。

综合照片 - 现实图像和视频是计算机图形的核心，并且是几十年的研究焦点。传统上，使用渲染算法（如光栅化或射线跟踪）生成场景的合成图像，其将几何形状和材料属性的表示为输入。统称，这些输入定义了实际场景和呈现的内容，并且被称为场景表示（其中场景由一个或多个对象组成）。示例场景表示是具有附带纹理的三角形网格（例如，由艺术家创建），点云（例如，来自深度传感器），体积网格（例如，来自CT扫描）或隐式曲面函数（例如，截短的符号距离）字段）。使用可分辨率渲染损耗的观察结果的这种场景表示的重建被称为逆图形或反向渲染。神经渲染密切相关，并将思想与经典计算机图形和机器学习中的思想相结合，以创建用于合成来自真实观察图像的图像的算法。神经渲染是朝向合成照片现实图像和视频内容的目标的跨越。近年来，我们通过数百个出版物显示了这一领域的巨大进展，这些出版物显示了将被动组件注入渲染管道的不同方式。这种最先进的神经渲染进步的报告侧重于将经典渲染原则与学习的3D场景表示结合的方法，通常现在被称为神经场景表示。这些方法的一个关键优势在于它们是通过设计的3D-一致，使诸如新颖的视点合成捕获场景的应用。除了处理静态场景的方法外，我们还涵盖了用于建模非刚性变形对象的神经场景表示...

尽管常规机器人系统中的每个不同任务都需要专用的场景表示形式，但本文表明，统一表示形式可以直接用于多个关键任务。我们提出了用于映射，进程和计划（LOG-GPIS-MOP）的log-gaussian过程隐式表面：基于统一表示形式的表面重建，本地化和导航的概率框架。我们的框架将对数转换应用于高斯过程隐式表面（GPIS）公式，以恢复全局表示，该表示可以准确地捕获具有梯度的欧几里得距离场，同时又是隐式表面。通过直接估计距离字段及其通过LOG-GPIS推断的梯度，提出的增量进程技术计算出传入帧的最佳比对，并在全球范围内融合以生成MAP。同时，基于优化的计划者使用相同的LOG-GPIS表面表示计算安全的无碰撞路径。我们根据最先进的方法验证了2D和3D和3D和基准测试的模拟和真实数据集的拟议框架。我们的实验表明，LOG-GPIS-MOP在顺序的音程，表面映射和避免障碍物中产生竞争结果。

点对特征（PPF）广泛用于6D姿势估计。在本文中，我们提出了一种基于PPF框架的有效的6D姿势估计方法。我们介绍了一个目标良好的下采样策略，该策略更多地集中在边缘区域，以有效地提取复杂的几何形状。提出了一种姿势假设验证方法来通过计算边缘匹配度来解决对称歧义。我们对两个具有挑战性的数据集和一个现实世界中收集的数据集进行评估，这证明了我们方法对姿势估计几何复杂，遮挡，对称对象的优越性。我们通过将其应用于模拟穿刺来进一步验证我们的方法。

LIDAR传感器提供有关周围场景的丰富3D信息，并且对于自动驾驶汽车的任务（例如语义细分，对象检测和跟踪）变得越来越重要。模拟激光雷达传感器的能力将加速自动驾驶汽车的测试，验证和部署，同时降低成本并消除现实情况下的测试风险。为了解决以高保真度模拟激光雷达数据的问题，我们提出了一条管道，该管道利用移动映射系统获得的现实世界点云。基于点的几何表示，更具体地说，已经证明了它们能够在非常大点云中准确对基础表面进行建模的能力。我们引入了一种自适应夹层生成方法，该方法可以准确地对基础3D几何形状进行建模，尤其是对于薄结构。我们还通过在GPU上铸造Ray铸造的同时，在有效处理大点云的同时，我们还开发了更快的时间激光雷达模拟。我们在现实世界中测试了激光雷达的模拟，与基本的碎片和网格划分技术相比，表现出定性和定量结果，证明了我们的建模技术的优势。

使用FASS-MVS，我们提出了一种具有表面感知半全局匹配的快速多视图立体声的方法，其允许从UAV捕获的单眼航空视频数据中快速深度和正常地图估计。反过来，由FASS-MVS估计的数据促进在线3D映射，这意味着在获取或接收到图像数据时立即和递增地生成场景的3D地图。 FASS-MVS由分层处理方案组成，其中深度和正常数据以及相应的置信度分数以粗略的方式估计，允许有效地处理由倾斜图像所固有的大型场景深度低无人机。实际深度估计采用用于致密多图像匹配的平面扫描算法，以产生深度假设，通过表面感知半全局优化来提取实际深度图，从而减少了SGM的正平行偏压。给定估计的深度图，然后通过将深度图映射到点云中并计算狭窄的本地邻域内的普通向量来计算像素 - 方面正常信息。在彻底的定量和消融研究中，我们表明，由FASS-MV计算的3D信息的精度接近离线多视图立体声的最先进方法，误差甚至没有一个幅度而不是科麦。然而，同时，FASS-MVS的平均运行时间估计单个深度和正常地图的距离小于ColMAP的14％，允许在1-中执行全高清图像的在线和增量处理2 Hz。