3D点云登记在遥感，摄影测量，机器人和几何计算机视觉中排名最基本的问题。由于3D特征匹配技术的准确性有限，因此可能存在异常值，有时即使在非常大的数字中，则在该对应中也是如此。由于现有的强大的求解器可能会遇到高计算成本或限制性的稳健性，因此我们提出了一种名为VoCra（具有成本函数和旋转平均的投票的新颖，快速，高度强大的解决方案，为极端异常率的点云注册问题。我们的第一款贡献是聘请Tukey的双重强大的成本来引入新的投票和对应分类技术，这证明是在异常值中区分真正的入世性，即使是极端（99％）的异常率。我们的第二次贡献包括基于强大的旋转平均设计时效的共识最大化范例，用于在通信中寻求Inlier候选人。最后，我们使用Tukey的Biweight（GNC-TB）应用毕业的非凸性，以估计所获得的Inlier候选者的正确变换，然后使用它来找到完整的Inlier集。进行了应用于两个实体数据问题的标准基准和现实实验，并且我们表明我们的求解器VORCA对超过99％的异常值较高，而且比最先进的竞争对手更多的时间效率。

基于通信的点云注册是机器人感知和计算机视觉中的基石，它寻求从推定的对应关系中估计两个点云的最佳刚性变换。然而，由于3D关键点匹配方法的有限稳健性，相应的对应关系中的异常值可能是易于存在的，这使得稳健的注册方法是必要的。遗憾的是，在面对高或极端的比率比率时，现有的强大方法具有自身限制（例如，高计算成本或有限的鲁棒性），可能不适合实际使用。在本文中，我们提出了一种名为Trivoc（三层投票的三层投票，与共识最大化）的新颖，快速，确定性和保证的鲁棒求解器，用于强大的注册问题。我们将最小3点集的选择最小3点集成为3个连续层，并且在每层中，我们基于成对等长约束设计有效的投票和对应分类框架。以这种方式，可以根据排序序列独立地从减少的对应组选择3点集，这可以显着降低计算成本，同时提供了实现最大共识集的强度保证（作为最终Inlier集）只要满足概率终止条件。不同的实验表明，我们的求解器Trivoc非常坚固，高达99％的异常值，高度准确，较效率，即使具有极端的异常比率，也是现实世界应用的实用性，显示出优于其他最先进的竞争对手的性能。

我们考虑了一个类别级别的感知问题，其中给定的2D或3D传感器数据描绘了给定类别的对象（例如，汽车），并且必须重建尽管级别的可变性，但必须重建对象的3D姿势和形状（即，不同的汽车模型具有不同的形状）。我们考虑了一个主动形状模型，其中 - 对于对象类别 - 我们获得了一个潜在的CAD模型库，描述该类别中的对象，我们采用了标准公式，其中姿势和形状是通过非非2D或3D关键点估算的-convex优化。我们的第一个贡献是开发PACE3D*和PACE2D*，这是第一个使用3D和2D关键点进行姿势和形状估计的最佳最佳求解器。这两个求解器都依赖于紧密（即精确）半决赛的设计。我们的第二个贡献是开发两个求解器的异常刺激版本，命名为PACE3D＃和PACE2D＃。为了实现这一目标，我们提出了Robin，Robin是一种一般的图理论框架来修剪异常值，该框架使用兼容性超图来建模测量的兼容性。我们表明，在类别级别的感知问题中，这些超图可以是通过关键点（以2D）或其凸壳（以3D为单位）构建的，并且可以通过最大的超级计算来修剪许多异常值。最后的贡献是广泛的实验评估。除了在模拟数据集和Pascal数据集上提供消融研究外，我们还将求解器与深关键点检测器相结合，并证明PACE3D＃在Apolloscape数据集中在车辆姿势估算中改进了最新技术，并且其运行时间是兼容的使用实际应用。

作为解决多视图注册问题的有效算法，已经对运动平均（MA）算法进行了广泛的研究，并引入了许多基于MA的算法。他们旨在从相对动作中恢复全球动作，并利用信息冗余到平均累积错误。但是，这些方法的一个属性是，它们使用ugas-newton方法来解决最小二乘问题以增加全球运动的增加，这可能会导致效率低下，并且对异常值的稳健性差。在本文中，我们提出了一个新的运动平均框架，用于使用Laplacian基于Laplacian的最大Correntropy Criterion（LMCC）进行多视图注册。利用Lie代数运动框架和CorrentRopy量度，我们提出了一种新的成本函数，该功能应考虑相对动作提供的所有约束。获得用于纠正全局动作的增量，可以进一步提出为旨在最大化成本函数的优化问题。凭借二次技术，可以通过分为两个子问题来解决优化问题，即根据当前残差计算每个相对运动的重量，并解决二阶锥体程序问题（SOCP）以增加下一个迭代。我们还提供了一种新的策略来确定内核宽度，以确保我们的方法可以有效利用许多异常值的相对运动提供的信息冗余。最后，我们将提出的方法与其他基于MA的多视图注册方法进行比较，以验证其性能。关于合成和实际数据的实验测试表明，我们的方法在效率，准确性和鲁棒性方面取得了卓越的性能。

Spatial perception is a key task in several robotics applications. In general, it involves the nonlinear estimation of hidden variables that represent the state of the robot/environment. However, in the presence of outliers the standard nonlinear least squared formulation results in poor estimates. Several methods have been considered in the literature to improve the reliability of the estimation process. Most methods are based on heuristics since guaranteed global robust estimation is not generally practical due to high computational costs. Recently general purpose robust estimation heuristics have been proposed that leverage existing non-minimal solvers available for the outlier-free formulations without the need for an initial guess. In this work, we propose two similar heuristics backed by Bayesian theory. We evaluate these heuristics in practical scenarios to demonstrate their merits in different applications including 3D point cloud registration, mesh registration and pose graph optimization.

我们为平面姿势图优化提供了一个强大的框架，该框架被环闭合离群值污染。我们的框架首先将截短的最小二乘内核包裹的强大的PGO问题拒绝了异常值，从而拒绝了异常值。然后，该框架引入了线性角度表示，以重写最初用旋转矩阵配制的第一个子问题。该框架配置为渐变的非凸度（GNC）算法，以连续解决两个非凸子问题，而无需初始猜测。得益于两个子问题的线性属性，我们的框架只需要线性求解器才能最佳地解决GNC中遇到的优化问题。我们在平面PGO基准中广泛验证了所提出的框架，称为Degnc-Laf（脱钩的非跨性别量均具有线性角度公式）。事实证明，它比标准和通用GNC的速度显着（有时达到30倍以上），同时导致高质量的估计值。

功能配准算法表示点云为函数（例如，空间占用场），避免了常规最小二乘Quares注册算法中不可靠的对应估计。但是，现有的功能注册算法在计算上很昂贵。此外，在基于CAD模型的对象本地化等任务中，必须使用未知量表的注册能力，但是功能注册中没有这种支持。在这项工作中，我们提出了一种比例不变的线性时间复杂性功能配准算法。我们通过使用正顺序基函数在功能之间的L2距离之间有效地近似实现线性时间复杂性。正统基函数的使用导致与最小二乘配准兼容的公式。受益于最小二乘的公式，我们使用翻译反转不变测量的理论来解除尺度估计，从而实现规模不变的注册。我们在标准的3D注册基准上评估了所提出的算法，称为FLS（功能最小二乘），显示FLS的数量级比最先进的功能配准算法快，而无需损害准确性和鲁棒性。 FLS还胜过基于最小二乘的最小二乘注册算法，其精度和鲁棒性具有已知和未知量表。最后，我们证明将FLS应用于具有不同密度和部分重叠的寄存点云，同一类别中不同对象的点云以及带有嘈杂RGB-D测量值的真实世界对象的点云。

如何提取重要点云特征并估计它们之间的姿势仍然是一个具有挑战性的问题，因为点云的固有缺乏结构和暧昧的顺序排列。尽管对大多数3D计算机视觉任务的基于深度学习的方法进行了重大改进，例如对象分类，对象分割和点云注册，但功能之间的一致性在现有的基于学习的流水线上仍然没有吸引力。在本文中，我们提出了一种用于复杂对准场景的新型学习的对齐网络，标题为深度特征一致性，并由三个主模块组成：多尺度图形特征合并网络，用于将几何对应集转换为高维特征，对应加权用于构建多个候选内部子集的模块，以及命名为深度特征匹配的Procrustes方法，用于给出闭合方案来估计相对姿势。作为深度特征匹配模块的最重要步骤，构造每个Inlier子集的特征一致性矩阵以获得其主要向量作为相应子集的含义似然性。我们全面地验证了我们在3DMATCH数据集和基提ODOMOTRY数据集中的方法的鲁棒性和有效性。对于大型室内场景，3DMATCH数据集上的注册结果表明，我们的方法优于最先进的传统和基于学习的方法。对于Kitti户外场景，我们的方法仍然能够降低转换错误。我们还在交叉数据集中探讨其强大的泛化能力。

Point cloud registration (PCR) is a popular research topic in computer vision. Recently, the registration method in an evolutionary way has received continuous attention because of its robustness to the initial pose and flexibility in objective function design. However, most evolving registration methods cannot tackle the local optimum well and they have rarely investigated the success ratio, which implies the probability of not falling into local optima and is closely related to the practicality of the algorithm. Evolutionary multi-task optimization (EMTO) is a widely used paradigm, which can boost exploration capability through knowledge transfer among related tasks. Inspired by this concept, this study proposes a novel evolving registration algorithm via EMTO, where the multi-task configuration is based on the idea of solution space cutting. Concretely, one task searching in cut space assists another task with complex function landscape in escaping from local optima and enhancing successful registration ratio. To reduce unnecessary computational cost, a sparse-to-dense strategy is proposed. In addition, a novel fitness function robust to various overlap rates as well as a problem-specific metric of computational cost is introduced. Compared with 7 evolving registration approaches and 4 traditional registration approaches on the object-scale and scene-scale registration datasets, experimental results demonstrate that the proposed method has superior performances in terms of precision and tackling local optima.

3D point cloud registration is a fundamental problem in computer vision and robotics. Recently, learning-based point cloud registration methods have made great progress. However, these methods are sensitive to outliers, which lead to more incorrect correspondences. In this paper, we propose a novel deep graph matching-based framework for point cloud registration. Specifically, we first transform point clouds into graphs and extract deep features for each point. Then, we develop a module based on deep graph matching to calculate a soft correspondence matrix. By using graph matching, not only the local geometry of each point but also its structure and topology in a larger range are considered in establishing correspondences, so that more correct correspondences are found. We train the network with a loss directly defined on the correspondences, and in the test stage the soft correspondences are transformed into hard one-to-one correspondences so that registration can be performed by a correspondence-based solver. Furthermore, we introduce a transformer-based method to generate edges for graph construction, which further improves the quality of the correspondences. Extensive experiments on object-level and scene-level benchmark datasets show that the proposed method achieves state-of-the-art performance. The code is available at: \href{https://github.com/fukexue/RGM}{https://github.com/fukexue/RGM}.

Outier-bubust估计是一个基本问题，已由统计学家和从业人员进行了广泛的研究。在过去的几年中，整个研究领域的融合都倾向于“算法稳定统计”，该统计数据的重点是开发可拖动的异常体 - 固定技术来解决高维估计问题。尽管存在这种融合，但跨领域的研究工作主要彼此断开。本文桥接了有关可认证的异常抗衡器估计的最新工作，该估计是机器人技术和计算机视觉中的几何感知，并在健壮的统计数据中并行工作。特别是，我们适应并扩展了最新结果对可靠的线性回归（适用于<< 50％异常值的低外壳案例）和列表可解码的回归（适用于>> 50％异常值的高淘汰案例）在机器人和视觉中通常发现的设置，其中（i）变量（例如旋转，姿势）属于非convex域，（ii）测量值是矢量值，并且（iii）未知的异常值是先验的。这里的重点是绩效保证：我们没有提出新算法，而是为投入测量提供条件，在该输入测量值下，保证现代估计算法可以在存在异常值的情况下恢复接近地面真相的估计值。这些条件是我们所谓的“估计合同”。除了现有结果的拟议扩展外，我们认为本文的主要贡献是（i）通过指出共同点和差异来统一平行的研究行，（ii）在介绍先进材料（例如，证明总和证明）中的统一行为。对从业者的可访问和独立的演讲，（iii）指出一些即时的机会和开放问题，以发出异常的几何感知。

我们解决了目标点云中源点云的多个实例姿势的问题。现有解决方案需要采样大量假设以检测可能的实例并拒绝异常值，其稳健性和效率显着降低，当实例和异常值的增加时显着降低。我们建议直接将嘈杂的对应组织集团基于距离不变性矩阵基于不同的群集。实例和异常值通过群集自动识别。我们的方法是坚固且快速的。我们在合成和现实世界数据集中评估了我们的方法。结果表明，我们的方法可以在70％的异常值存在下，在存在70.46％的F1得分中正确地注册了20个实例，这比现有方法显着更好，至少10倍

本文提出了Kimera-Multi，第一个多机器人系统，（i）是强大的，并且能够识别和拒绝由感知混叠产生的不正确和内部机器人循环闭合，（ii）完全分布，仅依赖于本地（点对点）通信实现分布式本地化和映射，（iii）实时构建环境的全球一致的度量标准三维网状模型，其中网格的面部用语义标签注释。 Kimera-Multi由配备有视觉惯性传感器的机器人团队实现。每个机器人都构建了局部轨迹估计和使用Kimera的本地网格。当通信可用时，机器人基于一种基于新型分布式刻度非凸性算法发起分布式地点识别和鲁棒姿态图优化协议。所提出的协议允许机器人通过利用机器人间循环闭合而鲁棒到异常值来改善其局部轨迹估计。最后，每个机器人使用其改进的轨迹估计来使用网格变形技术来校正本地网格。我们在光逼真模拟，SLAM基准测试数据集中展示了Kimera-Multi，以及使用地机器人收集的靠户外数据集。真实和模拟实验都涉及长轨迹（例如，每个机器人高达800米）。实验表明，在鲁棒性和准确性方面，kimera-multi（i）优于现有技术，（ii）在完全分布的同时实现与集中式大满贯系统相当的估计误差，（iii）在通信带宽方面是显着的（iv）产生精确的公制语义3D网格，并且（v）是模块化的，也可以用于标准3D重建（即，没有语义标签）或轨迹估计（即，不重建3D网格）。

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。

部分重叠点云的实时登记具有对自治车辆和多助手SLAM的合作看法的新兴应用。这些应用中点云之间的相对转换高于传统的SLAM和OCOMOTRY应用程序，这挑战了对应的识别和成功的注册。在本文中，我们提出了一种用于部分重叠点云的新颖注册方法，其中使用有效的点亮特征编码器学习对应关系，并使用基于图形的注意网络改进。这种注意网络利用关键点之间的几何关系，以改善点云中的匹配，低重叠。在推断时间下，通过通过样本共识稳健地拟合对应关系来获得相对姿态变换。在基蒂数据集和新的合成数据集上进行评估，包括低重叠点云，位移高达30米。所提出的方法在Kitti DataSet上使用最先进的方法实现了对映射性能，并且优于低重叠点云的现有方法。此外，所提出的方法可以比竞争方法更快地实现更快的推理时间，低至410ms，低至410ms。我们的代码和数据集可在https://github.com/eduardohenriquearnold/fastreg提供。

姿势注册在视觉和机器人技术中至关重要。本文重点介绍了无初始化姿势注册的挑战性任务，最高为7DOF，用于均质和异质测量。虽然最近基于学习的方法显示了使用可区分求解器的希望，但它们要么依赖于启发式定义的对应关系，要么易于局部最小值。我们提出了一个可区分的相关（DPC）求解器，该求解器是全球收敛性且无对应的。当与简单的特征提取网络结合使用时，我们的一般框架DPCN ++允许使用任意初始化的多功能姿势注册。具体而言，特征提取网络首先从一对均质/异质测量值中学习致密特征网格。然后将这些特征网格转换为基于傅立叶变换和球形径向聚集的翻译和比例不变频谱表示形式，将翻译转换和从旋转中脱钩。接下来，使用DPC求解器在频谱中独立有效地估计旋转，比例和翻译。整个管道都是可区分和训练的端到端。我们评估了DCPN ++在多种注册任务上，以不同的输入方式，包括2D Bird的视图图像，3D对象和场景测量以及医疗图像。实验结果表明，DCPN ++的表现优于经典和基于学习的基础线，尤其是在部分观察到的异质测量方面。

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。

最近的3D注册方法可以有效处理大规模或部分重叠的点对。然而，尽管具有实用性，但在空间尺度和密度方面与不平衡对匹配。我们提出了一种新颖的3D注册方法，称为uppnet，用于不平衡点对。我们提出了一个层次结构框架，通过逐渐减少搜索空间，可以有效地找到近距离的对应关系。我们的方法预测目标点的子区域可能与查询点重叠。以下超点匹配模块和细粒度的细化模块估计两个点云之间的准确对应关系。此外，我们应用几何约束来完善满足空间兼容性的对应关系。对应性预测是对端到端训练的，我们的方法可以通过单个前向通行率预测适当的刚体转换，并给定点云对。为了验证提出方法的疗效，我们通过增强Kitti LiDAR数据集创建Kitti-UPP数据集。该数据集的实验表明，所提出的方法显着优于最先进的成对点云注册方法，而当目标点云大约为10 $ \ times $ higation时，注册召回率的提高了78％。比查询点云大约比查询点云更密集。

我们提出了算法贡献，可提高在异常值影响的几何回归问题中稳健的修剪效率。该方法在很大程度上依赖于快速排序算法，我们提出了两个重要的见解。首先，部分排序足以进行x-TheThepile值的增量计算。其次，线性拟合问题中的正常方程可能会通过在排序过程中跨x-TheStile边界上记录交换操作来逐渐更新。除了线性拟合问题外，我们还展示了如何将技术额外应用于封闭形式的非线性能量最小化问题，从而在几何最佳目标下实现有效的修剪拟合。我们将方法应用于两种不同的摄像机切除算法，并展示了高效和可靠的几何修剪拟合。

束调整（BA）是指同时确定传感器姿势和场景几何形状的问题，这是机器人视觉中的一个基本问题。本文为LIDAR传感器提供了一种有效且一致的捆绑捆绑调整方法。该方法采用边缘和平面特征来表示场景几何形状，并直接最大程度地减少从每个原始点到各自几何特征的天然欧几里得距离。该公式的一个不错的属性是几何特征可以在分析上解决，从而大大降低了数值优化的维度。为了更有效地表示和解决最终的优化问题，本文提出了一个新颖的概念{\ it point clusters}，该概念编码了通过一组紧凑的参数集与同一特征相关联的所有原始点，{\ it点群集坐标} 。我们根据点簇坐标得出BA优化的封闭形式的衍生物，并显示其理论属性，例如零空间和稀疏性。基于这些理论结果，本文开发了有效的二阶BA求解器。除了估计LiDAR姿势外，求解器还利用二阶信息来估计测量噪声引起的姿势不确定性，从而导致对LIDAR姿势的一致估计。此外，由于使用点群集的使用，开发的求解器从根本上避免了在优化的所有步骤中列出每个原始点（由于数量大量而非常耗时）：成本评估，衍生品评估和不确定性评估。我们的方法的实施是开源的，以使机器人界及其他地区受益。