CylinderTag: An Accurate and Flexible Marker for Cylinder-Shape Objects Pose Estimation Based on Projective Invariants

要約

視覚マーカーに基づく高精度の姿勢推定は、コンピューター ビジョンの分野で盛んな研究トピックです。
しかし、曲面の形状が多様であるため、曲面物体に対する従来の平面マーカーの適合性は限られており、曲面物体に対する高精度の姿勢推定の開発の妨げとなっています。
そこで本論文では、円筒面などの可展曲面を対象とした新しい視覚マーカー「CylinderTag」を提案する。
CylinderTagは、円筒形状の物体にしっかりと貼り付けることができる環状マーカーです。
多様体の仮定を利用して、射影不変性の交差比が、表面上の曲率ゼロの方向のエンコードに利用されます。
さらに、CylinderTag の使用を容易にするために、ヒューリスティック検索ベースのマーカー ジェネレーターと高性能認識装置も提案します。
さらに、CylinderTag プロパティの包括的な評価は、検出率、検出速度、辞書サイズ、ローカリゼーション ジッター、姿勢推定精度をカバーする広範な実験によって行われます。
CylinderTag は、従来の視覚マーカーと比較して、さまざまな視野角からの優れた検出パフォーマンスと、より高い位置特定精度を示します。
さらに、CylinderTag はリアルタイム検出機能と広範なマーカー辞書を備えており、幅広いアプリケーションでの汎用性と実用性が向上しています。
実験結果は、CylinderTag が円筒状の表面で使用する非常に有望な視覚マーカーであることを示しており、円筒形の物体の高精度な視覚的位置特定に関する将来の研究に重要な指針を提供します。
コードは https://github.com/wsakobe/CylinderTag から入手できます。

要約(オリジナル)

High-precision pose estimation based on visual markers has been a thriving research topic in the field of computer vision. However, the suitability of traditional flat markers on curved objects is limited due to the diverse shapes of curved surfaces, which hinders the development of high-precision pose estimation for curved objects. Therefore, this paper proposes a novel visual marker called CylinderTag, which is designed for developable curved surfaces such as cylindrical surfaces. CylinderTag is a cyclic marker that can be firmly attached to objects with a cylindrical shape. Leveraging the manifold assumption, the cross-ratio in projective invariance is utilized for encoding in the direction of zero curvature on the surface. Additionally, to facilitate the usage of CylinderTag, we propose a heuristic search-based marker generator and a high-performance recognizer as well. Moreover, an all-encompassing evaluation of CylinderTag properties is conducted by means of extensive experimentation, covering detection rate, detection speed, dictionary size, localization jitter, and pose estimation accuracy. CylinderTag showcases superior detection performance from varying view angles in comparison to traditional visual markers, accompanied by higher localization accuracy. Furthermore, CylinderTag boasts real-time detection capability and an extensive marker dictionary, offering enhanced versatility and practicality in a wide range of applications. Experimental results demonstrate that the CylinderTag is a highly promising visual marker for use on cylindrical-like surfaces, thus offering important guidance for future research on high-precision visual localization of cylinder-shaped objects. The code is available at: https://github.com/wsakobe/CylinderTag.

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