m3c2_distance — 3D `metrics` op

• 資料種類:points × points → signal

• 呼叫: import fullseye as fs; fs.ledger.m3c2_distance(a, b, cores, normals, radius, max_depth=None, min_points=4)(要直接呼叫實作,import metrics3d; metrics3d.m3c2_distance(a, b, cores, normals, radius, max_depth=None, min_points=4);從台帳取用則 ops3d.get("m3c2_distance"))

• 經台帳呼叫的回傳值: fullseye.ledger.m3c2_distance(...) 只回傳宣告的 out 型別 signal 的值(底層函式還會回傳輔助資訊)。需要被捨棄的部分時,請用 fullseye.ledger.m3c2_distance.raw(...),或直接呼叫 metrics3d.m3c2_distance。

用法

沿法線方向測量 2 個時間點點雲之間的差異(M3C2)。→ (distance, lod) 這 2 個值。

最近鄰距離(chamfer / C2C)是「到最近點的距離」，因此 在傾斜面上連沿著面的偏移也會算作距離。在地形、結構物的變化偵測中，這是「僅僅重新量測就被偵測出的假變化」的主因(poc_structure_4d_deterioration

的實測：零劣化、僅重新量測，C2C 的中位數就為 21.07 mm，沿法線方向則為 0.55 mm)。

M3C2(Lague 2013)對每個 core 點以 以法線 n 為軸的圓柱(半徑 radius、長度 max_depth)截取兩個點雲，回傳各點投影到 n 上的平均值之差。方向以 n 所指的一側為正 —— 符號直接就是「增加 / 減少」。

Args:

a：時刻 1 的點雲 (Na,3)。

b：時刻 2 的點雲 (Nb,3)。

cores：量測位置 (M,3)(可以是 a 的子集合，也可以是另行配置的網格)。

normals：每個 core 的法線 (M,3)(可不正規化。符號決定結果的符號)。

radius：圓柱的半徑(在 core 周圍取平均的範圍。取得比面的粗糙度大、比想量測的

結構小)。

max_depth：圓柱長度的一半。None 時不限制軸向。

min_points：任一側點數不足此數的 core 回傳 nan(預設 4)。

Returns:

(distance, lod)：皆為 (M,) float64。distance 是沿法線方向的

帶正負號差，lod(level of detection)為

1.96·sqrt(σa²/na + σb²/nb) —— 不超過此值的差無法與雜訊區分。

點數不足的 core 兩者皆為 nan。

★經由台帳(fullseye.ledger.m3c2_distance)時只回傳宣告的 out 型別

distance。還需要 lod 時用 fullseye.ledger.m3c2_distance.raw(...)。

Raises:

ValueError：點雲 / cores 不是 (N,3)、為空、normals 的數量與 cores

不符、radius <= 0、max_depth <= 0、min_points < 1 時。

局限(honest)：(1) 法線由呼叫端給出 —— estimate_point_normals 的預設符號以重心為基準，不用 viewpoint 或 orient_normals 統一方向的話符號會因位置而翻轉。(2) lod 只考慮雜訊，不包含對位殘差(Lague 的原論文把對位誤差作為獨立一項加上)。

(3) 圓柱內點數少的邊緣處為 nan —— 不會回傳 0 而讓人

誤以為「沒有變化」。

Reference (public): D. Lague, N. Brodu, J. Leroux, "Accurate 3D comparison of complex topography with terrestrial laser scanner: application to the Rangitikei canyon (N-Z)", ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 82 (2013) 10-26.

背景知識指南(該運算子背後的物理與規範)

• blender_interop — 與 Blender 搭配使用 —— 在 Blender 中建形、用 fullseye 量測(座標軸、單位、真值資料的陷阱)

• measurement_uncertainty — 量測不確定度與校正知識 —— 為了能主張「量得準」

參考(範例資料、文獻)

• 範例資料目錄(下載 URL / 授權) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有領域)加合成圖,3-D 給出真實資料源(Stanford/PDS 等)的下載 URL。

• 運算子來歷與參考文獻 —— 該運算子族所依據的研究/方法出處。

可執行的範例(實際呼叫該運算子並已驗證的樣例)

• metrics_eval — py -3.11 examples_3d/metrics_eval.py

型別可銜接的下一個運算子(可接受 `signal` 作為輸入)

fuse_to_voxel

同類別(`metrics`)

chamfer_distance · hausdorff_distance · fscore · rmse_correspondence · normal_consistency · voxel_iou · pose_error

*Provenance: metrics3d.py — 3D 運算子登記表。本條目由 tools/opdocs.py md 自動產生(請勿手動編輯)。*

m3c2_distance — 3D metrics op

用法