In our recent work [1], [2], we proposed Point Feature Histograms (PFH) as robust multi-dimensional features which describe the local geometry around a point p for 3D point cloud datasets. In this paper, we modify their mathematical expressions and perform a rigorous analysis on their robustness and complexity for the problem of 3D registration for overlapping point cloud views. More concretely, we present several optimizations that reduce their computation times drastically by either caching previously computed values or by revising their theoretical formulations. The latter results in a new type of local features, called Fast Point Feature Histograms (FPFH), which retain most of the discriminative power of the PFH. Moreover, we propose an algorithm for the online computation of FPFH features for realtime applications. To validate our results we demonstrate their efficiency for 3D registration and propose a new sample consensus based method for bringing two datasets into the convergence basin of a local non-linear optimizer: SAC-IA (SAmple Consensus Initial Alignment).

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。

注册森林环境的点云是精密林业局部激光雷达应用的必要先决条件。最先进的森林点云登记方法需要提取单个树属性，并且在处理具有致密树的真实森林点云时，它们具有效率的瓶颈。我们提出了一种自动，坚固，高效的方法，用于登记森林点云。我们的方法首先定位树从原料点云茎，然后根据他们的相对空间关系确定准变换茎匹配。相较于现有的方法，我们的算法不需要额外的单株属性，具有线性复杂的环境中的树木数量，允许它的大森林环境对齐点云。广泛的实验表明，我们的方法优于关于登记精度和稳健性的最先进的方法，并且在效率方面显着优于现有技术。此外，我们引入一个新的基准数据集，补充的开发和注册方法评价森林点云的极少数现有的开放的数据集。

This paper presents an accurate, highly efficient, and learning-free method for large-scale odometry estimation using spinning radar, empirically found to generalize well across very diverse environments -- outdoors, from urban to woodland, and indoors in warehouses and mines - without changing parameters. Our method integrates motion compensation within a sweep with one-to-many scan registration that minimizes distances between nearby oriented surface points and mitigates outliers with a robust loss function. Extending our previous approach CFEAR, we present an in-depth investigation on a wider range of data sets, quantifying the importance of filtering, resolution, registration cost and loss functions, keyframe history, and motion compensation. We present a new solving strategy and configuration that overcomes previous issues with sparsity and bias, and improves our state-of-the-art by 38%, thus, surprisingly, outperforming radar SLAM and approaching lidar SLAM. The most accurate configuration achieves 1.09% error at 5Hz on the Oxford benchmark, and the fastest achieves 1.79% error at 160Hz.

持续的同源性（PH）是拓扑数据分析中最流行的方法之一。尽管PH已用于许多不同类型的应用程序中，但其成功背后的原因仍然难以捉摸。特别是，尚不知道哪种类别的问题最有效，或者在多大程度上可以检测几何或拓扑特征。这项工作的目的是确定pH在数据分析中比其他方法更好甚至更好的问题。我们考虑三个基本形状分析任务：从形状采样的2D和3D点云中检测孔数，曲率和凸度。实验表明，pH在这些任务中取得了成功，超过了几个基线，包括PointNet，这是一个精确地受到点云的属性启发的体系结构。此外，我们观察到，pH对于有限的计算资源和有限的培训数据以及分布外测试数据，包括各种数据转换和噪声，仍然有效。

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。

In this paper we combine the Iterative Closest Point ('ICP') and 'point-to-plane ICP' algorithms into a single probabilistic framework. We then use this framework to model locally planar surface structure from both scans instead of just the "model" scan as is typically done with the point-to-plane method. This can be thought of as 'plane-to-plane'. The new approach is tested with both simulated and real-world data and is shown to outperform both standard ICP and point-to-plane. Furthermore, the new approach is shown to be more robust to incorrect correspondences, and thus makes it easier to tune the maximum match distance parameter present in most variants of ICP. In addition to the demonstrated performance improvement, the proposed model allows for more expressive probabilistic models to be incorporated into the ICP framework. While maintaining the speed and simplicity of ICP, the Generalized-ICP could also allow for the addition of outlier terms, measurement noise, and other probabilistic techniques to increase robustness.

凭借在运动扫描系统生产的LIDAR点云注册的目的，我们提出了一种新颖的轨迹调整程序，可以利用重叠点云和关节集成之间所选可靠的3D点对应关系的自动提取。 （调整）与所有原始惯性和GNSS观察一起。这是使用紧密耦合的方式执行的动态网络方法来执行，这通过在传感器处的错误而不是轨迹等级来实现最佳补偿的轨迹。 3D对应关系被制定为该网络内的静态条件，并且利用校正的轨迹和可能在调整内确定的其他参数，以更高的精度生成注册点云。我们首先描述了选择对应关系以及将它们作为新观察模型作为动态网络插入的方法。然后，我们描述了对具有低成本MEMS惯性传感器的实用空气激光扫描场景中提出框架的性能进行评估。在进行的实验中，建议建立3D对应关系的方法在确定各种几何形状的点对点匹配方面是有效的，例如树木，建筑物和汽车。我们的结果表明，该方法提高了点云登记精度，否则在确定的平台姿态或位置（以标称和模拟的GNSS中断条件）中的错误受到强烈影响，并且可能仅使用总计的一小部分确定未知的触觉角度建立的3D对应数量。

由于激光雷达扫描数据的大规模，噪音和数据不完整，注册Urban Point Clouds是一项艰巨的任务。在本文中，我们提出了SARNET，这是一个新型的语义增强注册网络，旨在在城市规模上实现有效的城市点云的注册。与以前仅在点级空间中构建对应关系的方法不同，我们的方法完全利用语义特征来提高注册精度。具体而言，我们提取具有高级语义分割网络的每点语义标签，并构建先前的语义零件到部分对应关系。然后，我们将语义信息纳入基于学习的注册管道中，该管道由三个核心模块组成：基于语义的最远点采样模块，以有效地滤除异常值和动态对象；一个语义增强的特征提取模块，用于学习更多的判别点描述符；语义改制的转换估计模块，该模块利用先前的语义匹配作为掩码，通过减少错误匹配以更好地收敛来完善点对应关系。我们通过使用来自城市场景的大区域的现实世界数据并将其与替代方法进行比较，从而广泛评估所提出的SARNET。该代码可在https://github.com/wintercodeforeverything/sarnet上找到。

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.

从点云中自动创建几何模型在CAD（例如，逆向工程，制造，组装）中具有许多应用，并且通常在形状建模和处理中。给定一个代表人造对象的分段点云，我们提出了一种识别简单几何原语及其相互关系的方法。我们的方法基于Hough Transform（HT），以应对噪音，缺失零件和离群值的能力。在我们的方法中，我们介绍了一种用于处理分段点云的新技术，该技术通过投票程序能够提供表征每种原始类型的几何参数的初始估计。通过使用这些估计值，我们将对最佳解决方案的搜索定位在尺寸还原的参数空间中，从而使将HT扩展到比文献（即平面和球体中通常发现的）更有效。然后，我们提取了许多以唯一特征段的几何描述符，并且根据这些描述符，我们展示了如何汇总原语（段）（段）。对合成和工业扫描的实验揭示了原始拟合方法的鲁棒性及其在推断细分之间关系的有效性。

图像注册是一个研究领域，必须将图像进行比较和对齐，并与观点或摄像机特征独立进行对齐。在某些应用中（例如法医生物识别技术，卫星摄影或室外场景标识）经典图像注册系统由于比较的一个图像而失败，这代表了另一个图像的一小部分。例如，在法医掌上识别的情况下，通常只能找到一小部分棕榈印刷，但是在数据库中，整个棕榈印刷已被注册。经典图像注册方法行为不佳的主要原因是两个图像的显着点的量之间的差距，这与被视为离群值的点数有关。通常，当代表场景的微小部分的图像急剧旋转时，找到良好匹配的困难会增加。同样，就掌刻法医而言，很难先确定发现的微型棕榈印刷图像的方向。我们提出了一种旋转不变的注册方法，该方法明确考虑要匹配的图像是较大图像的一小部分。在两种不同的情况下，我们在实验上验证了我们的方法。棕榈印刷识别和室外图像注册。

点云的特征描述符用于多种应用中，例如注册和3D点云的部分分割。毫无疑问，学习局部几何特征的判别性表示是准确的点云分析的最重要任务。但是，开发旋转或规模不变的描述符是具有挑战性的。以前的大多数研究都忽略了旋转或经验研究的最佳比例参数，这阻碍了该方法对现实世界数据集的适用性。在本文中，我们提出了一种新的本地功能描述方法，该方法对旋转，密度和比例变化具有鲁棒性。此外，为了改善本地描述符的表示，我们提出了一种全局聚合方法。首先，我们将内核沿正常方向对齐。为了避免正常矢量的符号问题，我们在切向平面中使用对称内核点分布。从每个内核点，我们首先将点从空间空间到特征空间投射，该点基于角度和距离，这是强大的到多个尺度和旋转的。随后，我们通过考虑通过全局聚合方法获得的局部内核点结构和远程全局上下文来执行图形卷积。我们在基准数据集（即ModelNet40和shapenetPart）上尝试了提出的描述符，以评估3D点云上的注册，分类和部分分割的性能。与最先进的方法相比，我们的方法表现出卓越的性能，通过减少注册任务中的旋转和翻译错误的70美元$ \％$。我们的方法还显示了具有简单和低维体系结构的分类和零件分割任务的可比性。

Using geometric landmarks like lines and planes can increase navigation accuracy and decrease map storage requirements compared to commonly-used LiDAR point cloud maps. However, landmark-based registration for applications like loop closure detection is challenging because a reliable initial guess is not available. Global landmark matching has been investigated in the literature, but these methods typically use ad hoc representations of 3D line and plane landmarks that are not invariant to large viewpoint changes, resulting in incorrect matches and high registration error. To address this issue, we adopt the affine Grassmannian manifold to represent 3D lines and planes and prove that the distance between two landmarks is invariant to rotation and translation if a shift operation is performed before applying the Grassmannian metric. This invariance property enables the use of our graph-based data association framework for identifying landmark matches that can subsequently be used for registration in the least-squares sense. Evaluated on a challenging landmark matching and registration task using publicly-available LiDAR datasets, our approach yields a 1.7x and 3.5x improvement in successful registrations compared to methods that use viewpoint-dependent centroid and "closest point" representations, respectively.

3D点云的卷积经过广泛研究，但在几何深度学习中却远非完美。卷积的传统智慧在3D点之间表现出特征对应关系，这是对差的独特特征学习的内在限制。在本文中，我们提出了自适应图卷积（AGCONV），以供点云分析的广泛应用。 AGCONV根据其动态学习的功能生成自适应核。与使用固定/各向同性核的解决方案相比，AGCONV提高了点云卷积的灵活性，有效，精确地捕获了不同语义部位的点之间的不同关系。与流行的注意力体重方案不同，AGCONV实现了卷积操作内部的适应性，而不是简单地将不同的权重分配给相邻点。广泛的评估清楚地表明，我们的方法优于各种基准数据集中的点云分类和分割的最新方法。同时，AGCONV可以灵活地采用更多的点云分析方法来提高其性能。为了验证其灵活性和有效性，我们探索了基于AGCONV的完成，DeNoing，Upsmpling，注册和圆圈提取的范式，它们与竞争对手相当甚至优越。我们的代码可在https://github.com/hrzhou2/adaptconv-master上找到。

动态MRI可以捕获具有高对比度的软组织器官中的时间解剖变化，但是获得的序列通常遭受有限的体积覆盖，这使得器官形状轨迹的高分辨率重建在时间研究中的主要挑战。由于腹部器官形状的变异性跨越时间和受试者，本研究的目的是朝向3D致密速度测量来完全覆盖整个表面并提取有意义的特征，其特征在于观察到的器官变形并实现临床作用或决定。我们在深呼吸运动期间提出了一种用于表征膀胱表面动力学的管道。对于紧凑的形状表示，首先使用重建的时间体积来使用LDDMM框架建立专用的动态4D网状序列。然后，我们从诸如网格伸长和失真的机械参数执行器官动力学的统计表征。由于我们将器官引用作为非平面，因此我们还使用平均曲率变化为度量来量化表面演变。然而，曲率的数值计算强烈地取决于表面参数化。为了应对这一依赖性，我们采用了一种用于表面变形分析的新方法。独立于参数化并最小化测地曲线的长度，通过最小化Dirichlet能量，它使表面曲线平滑地朝向球体。 eulerian PDE方法用于从曲线缩短流中导出形状描述符。使用Laplace Beltrami操作员特征函数来计算各个运动模式之间的接口，用于球形映射。用于提取用于局部控制的模拟形状轨迹的表征相关曲线的应用演示了所提出的形状描述符的稳定性。

非刚性注册以非刚性方式与目标形状保持一致的源形状变形，是计算机视觉中的经典问题。由于数据（噪声，离群值和部分重叠）和高度自由度，因此此类问题可能具有挑战性。现有方法通常采用$ \ ell_ {p} $键入鲁棒标准来测量对齐误差并规范变形的平滑度，并使用近端算法来解决所得的非平滑优化问题。但是，这种算法的缓慢收敛性限制了其广泛的应用。在本文中，我们提出了一种基于全球平稳的稳健标准进行对齐和正则化的稳健非刚性登记的公式，该规范可以有效地处理异常值和部分重叠。使用大型最小化算法解决了该问题，该算法将每次迭代减少到使用封闭形式的解决方案的凸二次问题。我们进一步应用安德森加速度以加快求解器的收敛性，使求解器能够在具有有限的计算能力的设备上有效运行。广泛的实验证明了我们方法在两种形状之间具有异常值和部分重叠的形状之间的非刚性比对的有效性，并进行定量评估表明，就注册准确性和计算速度而言，它的表现优于最先进的方法。源代码可从https://github.com/yaoyx689/amm_nrr获得。

We investigate the properties of a metric between two distributions, the Earth Mover's Distance (EMD), for content-based image retrieval. The EMD is based on the minimal cost that must be paid to transform one distribution into the other, in a precise sense, and was first proposed for certain vision problems by Peleg, Werman, and Rom. For image retrieval, we combine this idea with a representation scheme for distributions that is based on vector quantization. This combination leads to an image comparison framework that often accounts for perceptual similarity better than other previously proposed methods. The EMD is based on a solution to the transportation problem from linear optimization, for which efficient algorithms are available, and also allows naturally for partial matching. It is more robust than histogram matching techniques, in that it can operate on variable-length representations of the distributions that avoid quantization and other binning problems typical of histograms. When used to compare distributions with the same overall mass, the EMD is a true metric. In this paper we focus on applications to color and texture, and we compare the retrieval performance of the EMD with that of other distances.

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。

在本文中，我们提出了一种通用的统一跟踪方法，用于使用机器人臂控制弹性可变形物体的形状。我们的方法是通过在对象周围形成晶格，将对象绑定到晶格，并跟踪和伺服晶格而不是对象来起作用。这使我们的方法对任何通用形式的可变形物体（线性，薄壳，体积）具有完整的3D控制。此外，它将方法的运行时复杂性与对象的几何复杂性分解。我们的方法基于可行的（ARAP）变形模型。它不需要知道对象的机械参数，并且可以通过大变形将对象驱动到所需的形状。我们方法的输入是对象表面的静止形状的点云，并且每个帧中的3D摄像头捕获了点云。 Ovearll，我们的方法比现有方法更广泛地适用。我们通过各种形状和材料（纸，橡胶，塑料，泡沫）的可变形物体进行多种实验来验证方法的效率。实验视频可在项目网站上找到：https：//sites.google.com/view/tracking-servoing-apphach。