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[2.1] 3D Imaging, Analysis and Applications-Springer-Verlag London (2012).pdf
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6 3D Shape Registration

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

249

 

 

(s2 + vx2 vy2 vz2)dx

 

 

 

2(vx vy

svz)dy

 

 

2(vx vz

 

svy )dz

 

Tx =

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

+

 

 

+ tx

 

s2

+

v2

v2

+

v2

 

s2

+

v2

v2

+

v2

s2

+

v2

v2

+

v2

 

 

 

 

 

x +

 

y

z

 

 

 

 

 

x

+

y

 

z

 

 

 

x

+

y

z

 

 

 

2(vx vy

svz)dx

 

(s2 vx2 + vy2 vz2)dy

 

 

2(vy vz

 

svx )dz

 

Ty

=

 

 

 

+

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

+ ty

s2

+

v2

v2

+

v2

 

 

s2

+

v2

v2

+

v2

 

 

 

s2

+

v2

v2

+

v2

 

 

 

x

 

+ y

 

z

 

 

 

 

 

 

x +

y

 

z

 

 

 

 

 

 

x

+

y

z

 

 

 

2(vx vz

svy )dx

 

 

2(vy vz

 

svx )dy

 

 

 

 

(s2 vx2 vy2 + vz2)dz

 

Tz

=

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

+

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ tz.

s2

+

v2

v2

+

v2

s2

+

v2

v2

v2

 

 

 

s2

+

v2

+

v2

+

v2

 

 

 

 

x

 

+ y

 

z

 

 

 

x

+ y +

z

 

 

 

 

 

x

y

z

 

 

According to this model for rotation and translation, the vector of unknowns is a = [s, vx , vy , vz, tx , ty , tz] (i.e., a R7). Therefore, the Jacobian part aTT (a, d) is a 3 × 7 matrix:

 

 

∂Tx

 

∂Tx

 

∂Tx

 

∂Tx

 

∂Tx

 

∂Tx

 

∂Tx

 

 

 

 

∂s

 

∂vx

 

∂vy

 

∂vz

 

∂tx

 

∂ty

 

∂tz

 

 

 

T

∂Ty

 

∂Ty

 

∂Ty

 

∂Ty

 

∂Ty

 

∂Ty

 

∂Ty

 

 

a T (a, d)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.23)

 

 

∂vx

 

∂vy

 

∂vz

 

∂tx

 

∂ty

 

∂tz

 

∂s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂Tz

 

∂Tz

 

∂Tz

 

∂Tz

 

∂Tz

 

∂Tz

 

∂Tz

 

 

 

 

∂s

 

∂vx

 

∂vy

 

∂vz

 

∂tx

 

∂ty

 

∂tz

 

 

where Tx , Ty , and Tz have been defined above. For instance we can compute the

derivative component ∂Tx as:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂vx

 

 

 

 

 

 

 

 

∂Tx

=

 

2vx dx

 

2vx (s2 + vx2 vy2 vz2)dx

 

∂vx

s2 + vx2 + vy2 + vz2

 

 

(s2 + vx2 + vy2 + vz2)2

 

 

 

 

+

2vx dy

 

 

4vx (vx vy svz)dy

 

 

 

 

s2 + vx2 + vy2 + vz2

 

(s2 + vx2 + vy2 + vz2)2

 

 

 

 

+

2vzdz

 

 

4vx (vx vz + svy )dz

.

 

 

 

s2 + vx2 + vy2 + vz2

 

(s2 + vx2 + vy2 + vz2)2

 

 

Similarly, all the other components of the Jacobian can easily be computed.

6.6.4 Summary of the LM-ICP Algorithm

The algorithm for LM-ICP can be summarized as:

1.Set λ λ0 = 10,

2.compute distance transform Dε (x),

3.set ak a0,

4.compute ek = e(ak ),

5.compute J,

6.repeat