Tools for 3D point cloud registration

Abstract

In this thesis, we did an in-depth review of the state of the art of 3D registration, evaluating the most popular methods. Given the lack of standardization in the literature, we also proposed a nomenclature and a classification to unify the evaluation systems and to be able to compare the different algorithms under the same criteria.

The major contribution of the thesis is the Registration Toolbox, which consists of software and a database of 3D models. The software presented here consists of a 3D Registration Pipeline written in C ++ that allows researchers to try different methods, as well as add new ones and compare them. In this Pipeline, we not only implemented the most popular methods of literature, but we also added three new methods that contribute to improving the state of the art. On the other hand, the database provides different 3D models to be able to carry out the tests to validate the performances of the methods. Finally, we presented a new hybrid data structure specially focused on the search for neighbors. We tested our proposal together with other data structures and we obtained very satisfactory results, overcoming in many cases the best current alternatives. All tested structures are also available in our Pipeline.

This Toolbox is intended to be a useful tool for the whole community and is available to researchers under a Creative Commons license

En aquesta tesi, hem fet una revisió en profunditat de l'estat de l'art del registre 3D, avaluant els mètodes més populars. Donada la falta d'estandardització de la literatura, també hem proposat una nomenclatura i una classificació per tal d'unificar els sistemes d'avaluació i poder comparar els diferents algorismes sota els mateixos criteris.

La contribució més gran de la tesi és el Toolbox de Registre, que consisteix en un software i una base de dades de models 3D. El software presentat aquí consisteix en una Pipeline de registre 3D escrit en C++ que permet als investigadors provar diferents mètodes, així com afegir-n'hi de nous i comparar-los. En aquesta Pipeline, no només hem implementat els mètodes més populars de la literatura, sinó que també hem afegit tres mètodes nous que contribueixen a millorar l'estat de l'art de la tecnologia. D'altra banda, la base de dades proporciona una sèrie de models 3D per poder dur a terme les proves necessàries per validar el bon funcionament dels mètodes. Finalment, també hem presentat una nova estructura de dades híbrida especialment enfocada a la cerca de veïns. Hem testejat la nostra proposta conjuntament amb altres estructures de dades i hem obtingut resultats molt satisfactoris, superant en molts casos les millors alternatives actuals. Totes les estructures testejades estan també disponibles al nostre Pipeline.

Aquesta Toolbox està pensada per ésser una eina útil per tota la comunitat i està a disposició dels investigadors sota llicència Creative-Commons