Statistical part-based models for object detection in large 3D scans

Abstract

3D scanning technology has matured to a point where very large scale acquisition of high resolution geometry has become feasible. However, having large quantities of 3D data poses new technical challenges. Many applications of practical use require an understanding of semantics of the acquired geometry. Consequently scene understanding plays a key role for many applications. This thesis is concerned with two core topics: 3D object detection and semantic alignment. We address the problem of efficiently detecting large quantities of objects in 3D scans according to object categories learned from sparse user annotation. Objects are modeled by a collection of smaller sub-parts and a graph structure representing part dependencies. The thesis introduces two novel approaches: A part-based chain structured Markov model and a general part-based full correlation model. Both models come with efficient detection schemes which allow for interactive run-times.

Die Technologie für 3-dimensionale bildgebende Verfahren (3D Scans) ist mittlerweile an einem Punkt angelangt, an dem hochaufglöste Geometrie-Modelle für sehr große Szenen erstellbar sind. Große Mengen dreidimensionaler Daten stellen allerdings neue technische Herausforderungen. Viele Anwendungen von praktischem Nutzen erfordern ein semantisches Verständnis der akquirierten Geometrie. Dementsprechend spielt das sogenannte “Szenenverstehen” eine Schlüsselrolle bei vielen Anwendungen. Diese Dissertation beschäftigt sich mit 2 Kernthemen: 3D Objekt-Detektion und semantische (Objekt-) Anordnung. Das Problem hierbei ist, große Mengen von Objekten effizient in 3D Scans zu detektieren, wobei die Objekte aus bestimmten Objektkategorien entstammen, welche mittels gerinfügiger Annotationen durch den Benutzer gelernt werden. Dabei werden Objekte modelliert durch eine Ansammlung kleinerer Teilstücke und einer Graph-Struktur, welche die Abhängigkeiten der Einzelteile repäsentiert. Diese Arbeit stellt zwei neuartige Ansätze vor: Ein Markov-Modell, das aus einer teilebasierten Kettenstruktur besteht und einen generellen Ansatz, der auf einem Modell mit voll korrelierten Einzelteilen beruht. Zu beiden Modellen werden effiziente Detektionsschemata aufgezeigt, die interaktive Laufzeiten ermöglichen.