3D粗匹配
功能描述
该步骤将点云模板与原始点云粗略匹配，快速找出目标物体的粗略候选位姿。
使用场景
该步骤通常用于在场景点云中寻找目标物体，并获得其粗略候选位姿。该步骤通常与“3D精匹配”步骤组合使用。
输入
带法向点云（必连）：待匹配的带法向量信息的场景点云数据。
面模板点云：用于粗匹配的面模板点云或平面模板点云。
边模板点云：用于粗匹配的边缘模板点云。
几何中心位姿：工件几何中心点位姿。
输出
粗略算得的位姿：目标物体的粗略候选位姿，需要用“3D精匹配”步骤进一步筛选和优化。
匹配分数：每个位姿对应的归一化的匹配置信度值，用于结果排序。
参数说明
参数调试等级
基础（默认）：显示核心参数，适用于大多数常规场景。
高级：显示全部参数，适用于需要精细调试的复杂场景。
基础参数
模板设置
模型选择
从工件库中选择点云模板文件。
调节说明：使用工件库制作点云模板后，在该参数右侧单击下拉按钮，可快速选择或切换点云模板文件。
匹配模式
用于选择3D粗匹配的匹配模式。需根据点云模板进行选择：
若点云模板为工件的面模板，选择 面匹配 （默认）。
若点云模板为工件的边缘模板，选择 边缘匹配。
若点云模板为平面工件的平面模板，选择 平面匹配。
注意
选择匹配模式后，不同匹配模式需要调节的参数也不同。
面匹配、边缘匹配参数
以下参数适用于 面匹配 或 边缘匹配 模式。
预处理设置
采样后模型的期望点数
用于设置期望的降采样后点云的点数。该值越小，降采样后点云的点数越少，匹配精确度越低。
位姿验证设置
预期单个输入点云结果个数：设置预期从单个输入点云中获得的匹配位姿数量。
平面匹配参数
以下参数适用于 平面匹配 模式。
平面提取设置
最大平面数
从场景中提取的最大平面数量（非最大聚类平面数量）。
调节说明：
确定场景只有 1 个平面：设为 1 可大幅加速。
多平面场景：可设为 2 到 5。
拟合平面距离阈值
点被视为平面内点（Inlier）的距离阈值，决定平面拟合的严格程度。
调节说明：
一般场景： 10 mm （默认）
光滑表面： 5 到 10 mm
粗糙表面： 20 mm
平面截取距离阈值
围绕拟合平面截取的切片厚度。距离平面超过此距离的点将被忽略，只有范围内的点被投影到 2D 图像。
调节说明：
物体被放置在平面上：可设为 15 到 25 mm。
物体有一定高度：可设为 30 到 50 mm。
投影图像设置
图像尺寸
投影 2D 图像的长边像素数量。用于控制投影分辨率和纹理细节。
调节说明：
低分辨率（快速）：50 到 100 px
中分辨率（均衡）：150 到 200 px
高分辨率（精准）：200 到 300 px
2D匹配设置
使用距离变换
用于选择匹配代价函数，需根据分辨率和物体特性选择合适的模式：
勾选：使用 距离变换代价函数 匹配。精度高，但不抗遮挡，不支持排列过密的物体匹配，且不支持黑色区域匹配。
不勾选：使用 互相关系数代价函数 匹配。快速，抗遮挡，支持黑色区域匹配，但精度稍低。
位姿验证设置
预期单个输入点云结果个数：设置预期从单个输入点云中获得的匹配位姿数量。
高级参数
模板设置
模型选择
从工件库中选择点云模板文件。
调节说明：使用工件库制作点云模板后，在该参数右侧单击下拉按钮，可快速选择或切换点云模板文件。
匹配模式
用于选择3D粗匹配的匹配模式。需根据点云模板进行选择：
若点云模板为工件的面模板，选择 面匹配 （默认）。
若点云模板为工件的边缘模板，选择 边缘匹配。
若点云模板为平面工件的平面模板，选择 平面匹配。
注意
选择匹配模式后，不同匹配模式需要调节的参数也不同。
面匹配、边缘匹配参数
以下参数适用于 面匹配 或 边缘匹配 模式。
预处理设置
采样后模型的期望点数
用于设置期望的降采样后点云的点数。该值越小，降采样后点云的点数越少，匹配精确度越低。
特征搜索半径量化
设置场景中计算特征的范围。特征搜索半径 = 特征搜索半径量化 × 模型直径。该值越小，匹配精度越低，速度越快。
调节说明：
直径较大的工件，降低该值，提高搜索速度。
特征较稀疏的工件，提高该值，提升匹配的正确率。
投票设置
距离量化
用于量化点之间距离。距离间隔 = 距离量化 × 采样间隔，该值越大则距离间隔越大，匹配精度越低。
调节说明：长圆柱特征的工件，如果轴向精度不足，调节该参数到 0.5。如果工件特征较稀疏，导致找不到目标，调节该参数到 2.0 来增加稳定性。
角度间隔
用于离散化点的特征法向量之间的夹角。该值越小，匹配精度越高，但需要更高质量的点云。
投票比例下限阈值
得分高于 “投票中的最高分数 × 投票比例下限阈值” 的位姿，将用于位姿验证。该值越低，用于位姿验证的位姿越多，则找到精确匹配结果的可能性就越大，但是运行时间越长。
参考点采样步长
用于调整参考点的采样步长。在点云中以该步长为一个间隔来采样。该值越大，采样点越少，执行速度越快，但是匹配精度会降低。
调节说明：特征稀疏件、细长件降低该值，增加匹配的稳定性。
位姿验证设置
最大重叠比率
过滤掉与已选定位姿工件重叠率大于该比率的其它位姿工件。
参考坐标系
选择过滤限制来自于 相机坐标系 还是 机器人坐标系。
调节说明：若相机拍照位姿不固定，只能选择机器人坐标系。
位置过滤
在模型物体上选择一个目标点，在场景中选择一个参考点和参考方向，目标点沿着参考方向到参考点的距离在限制范围内，匹配结果保留，反之则滤除。
点击 “设置” 按钮，在弹窗中点击 “+”，并设置以下参数：
模型坐标系点： 模型物体（几何中心点）坐标系上的一个目标点。
场景坐标系点： 场景坐标系（相机或机器人坐标系）上的一个参考点。
场景坐标系方向： 场景坐标系（相机或机器人坐标系）上的一个参考方向。
最小距离： 目标点沿着参考方向到参考点的最小距离。
最大距离： 目标点沿着参考方向到参考点的最大距离。
调节说明：当物体在场景中有位置约束，比如物体被放置在固定的平面工作台上等，可使用此功能。
方向过滤
在模型物体上选择一个目标方向，在场景中选择一个参考方向，目标方向和参考方向之间的角度在限制范围内，匹配结果保留，反之则滤除。
点击 “设置” 按钮，在弹窗中点击 “+”，并设置以下参数：
模型坐标系方向： 模型物体（几何中心点）坐标系上的一个目标方向。
场景坐标系方向： 场景坐标系（相机或机器人坐标系）上的一个参考方向。
最小角度： 目标方向和参考方向之间的最小角度。
最大角度： 目标方向和参考方向之间的最大角度。
调节说明：当物体在场景中以有序的姿态摆放，使用此功能可大幅降低误匹配的情况。
位姿验证设置
预期单个输入点云结果个数：
设置预期从单个输入点云中获得的匹配位姿数量。
体素长度量化
用于设置体素长度，体素长度= 体素长度量化 × 采样间隔。该值越小，位姿验证分辨率越高，位姿验证时间越慢。
调节说明： 匹配分数绝大部分都不等于1.0，但是分数较高，该值设置的较合理。在密排的场景中，可调低该值，以提升分辨率。
结果可视化
可视化选项
用于选择想要可视化的内容。
采样后模板：显示降采样后的模型点云。
采样后场景：显示降采样后的场景点云。
匹配结果：显示粗匹配的位姿结果。
平面匹配参数
平面提取设置
最大平面数
从场景中提取的最大平面数量（非最大聚类平面数量）。
调节说明：
确定场景只有 1 个平面：设为 1 可大幅加速。
多平面场景：可设为 2 到 5。
忽略平面数
要忽略的已提取平面数量（从最大的平面开始），用于跳过背景平面（如地面或墙面）。
调节说明：若已对场景进行 ROI 筛选，可设为 0。
迭代次数
RANSAC 迭代次数。迭代次数越高，找到最优平面的概率越大，但计算时间也增加。
调节说明：默认为 1000，通常无需修改。
拟合平面距离阈值
点被视为平面内点（Inlier）的距离阈值，决定平面拟合的严格程度。
调节说明：
一般场景： 10 mm （默认）
光滑表面： 5 到 10 mm
粗糙表面： 20 mm
平面法向角度阈值
平面法向量相对于参考方向的最大偏差。用于过滤方向不符合预期的平面。
调节说明：
水平平面（垂直于 Z 轴）：可设为 5 到 10 度
任意方向：90 度（禁用此过滤）
平面截取距离阈值
围绕拟合平面截取的切片厚度。距离平面超过此距离的点将被忽略，只有范围内的点被投影到 2D 图像。
调节说明：
物体被放置在平面上：可设为 15 到 25 mm
物体有一定高度：可设为 30 到 50 mm
使用领域平面聚类
用于自动分割不连通的平面。
勾选：启用聚类模式。系统会对提取的平面进行连通性分析，将不连通的部分分割成多个独立平面，同时自动丢弃点数过少的平面。适合场景中有分离的平面块。
不勾选：禁用聚类模式。使用原始 RANSAC 提取的完整平面，不进行分割。适合平面连通性较好的场景。
调节说明：大多数场景设为 不勾选；仅当场景平面高度分离且需要逐块匹配时设为 勾选。
投影图像设置
图像尺寸
投影 2D 图像的长边像素数量，用于控制投影分辨率和纹理细节。
调节说明：
低分辨率（快速）：50 到 100 px
中分辨率（均衡）：150 到 200 px
高分辨率（精准）：200 到 300 px
使用闭运算
是否对生成的图像进行形态学闭运算处理（先膨胀后腐蚀），可填充图像中的小孔洞，增加连通性，改善图像质量。
调节说明：当投影图像有噪声或小孔洞时设为 勾选；否则设为 不勾选。
闭运算核尺寸
闭运算的核大小，控制闭运算的强度。较大的核能填充更大的孔洞，但可能会改变物体的细节形状。
调节说明：通常设为奇数 3 px（默认，弱闭运算）、5 px（中等）或 7 px（强闭运算）。若不使用闭运算，此参数无效。
2D匹配设置
使用距离变换
用于选择匹配代价函数，需根据分辨率和物体特性选择合适的模式：
勾选：使用 距离变换代价函数 匹配。精度高，但不抗遮挡，不支持排列过密的物体匹配，且不支持黑色区域匹配。
不勾选：使用 互相关系数代价函数 匹配。快速，抗遮挡，支持黑色区域匹配，但精度稍低。
图像金字塔等级
图像金字塔的层数。层数越多，搜索加速越显著，但可能影响精度。
调节说明：1 到 4 层。
是否考虑黑色背景
是否启用背景一致性检查。仅在不勾选 使用距离变换 时生效。
勾选：要求白色像素（物体）和黑色像素（背景）同时匹配。适用于有明确黑色区域的物体。
不勾选：仅计算白色像素的重叠。
调节说明：托盘等有明确黑色区域设为 勾选；一般物体匹配设为 不勾选。
白色比例阈值
白色像素（前景）必须重叠的最小比例，用于过滤掉物体形状对齐不佳的匹配。仅在不勾选 使用距离变换 时生效。
调节说明：0.5 到 0.8。
黑色比例阈值
黑色像素（背景）必须重叠的最小比例。仅在勾选 是否考虑黑色背景 时生效。
调节说明：0.5 到 0.8。
相似度阈值
相似度得分的全局阈值，综合得分低于此值的匹配会被立即丢弃。
调节说明：0.3 到 0.6。
粗旋转角度步长
模板旋转搜索的角度步长。
0：禁用旋转搜索，仅匹配模板原始方向。
N > 0：生成旋转模板，搜索 0°、N°、2N°等角度。
调节说明：
物体不旋转设为 0
360° 搜索设为 10
特定旋转（如只 90°）设为 90
精旋转角度步长
在找到粗略匹配后，二次精细搜索的角度间隔，在最佳角度周围进一步精化。
调节说明：默认为 1，通常无需修改。
位姿过滤设置
2D最大重叠比例阈值
2D 非极大值抑制（NMS）的交并比（IoU）阈值，用于合并或移除 2D 图像中重叠的匹配框。
调节说明：
物体紧密排列：0.2 到 0.3
一般场景：0.1
分离物体：0.05
3D最大重叠比例阈值
3D 非极大值抑制的阈值。在 3D 空间中，若两个匹配投影到相近的物理位置，仅保留得分最高的一个。
调节说明：根据物体间的最小间距，通常设为 0.05 到 0.2 米。
旋转角度下限
旋转搜索的角度下限，用于限制搜索空间。
调节说明：默认为 -180°，若已知物体的大致方向可缩小范围。
旋转角度上限
旋转搜索的角度上限，用于限制搜索空间。
调节说明：默认为 180°，若已知物体的大致方向可缩小范围。
位姿验证设置
预期单个输入点云结果个数：设置预期从单个输入点云中获得的匹配位姿数量。
结果可视化
可视化选项：用于选择想要可视化的内容。根据实际需求进行选择：
模板点云平面的2D投影掩膜图像
场景中提取的平面的2D投影掩膜图像
场景中提取的平面内点云
匹配结果