基于视觉的机器人自主抓取评价标准

前言

基于视觉的机器人抓取过程中的三个关键任务,即目标定位、目标姿态估计和抓取估计:

  • 目标定位任务包括无分类的目标定位、目标检测和目标实例分割
  • 目标姿态估计任务主要是对6D目标姿态进行估计
  • 抓取估计任务包括二维平面抓取方法和6自由度抓取方法

机器人抓取涉及检测、分割、姿态估计、抓取点检测、路径规划等任务,本文主要介绍这些任务的评估标准。

目标检测

目标检测领域主要使用IOU这一标准来评估Predict Box与Ground Truth Box之间的重合效果(定位准确性),也称之为交并比。设定Predict Box为A,Ground Truth Box为B,则两者之间的IOU为:

其中 A∩B为两个box的并集, A∪B为两个box的交集。

目标分割

与目标检测相似,目标分割采用mIoU作为评价指标,mIoU计算Ground Truth与预测分割区域的交并比。更为准确地说,为true positives 与 sum of positives, false negatives, and false positives的比值。IoU是以每类为基础计算的,然后平均如下:
在这里插入图片描述

6D姿态估计

姿态主要包括旋转量R和平移量T,精度评价标准主要为ADD(Average Distance of Model Points)和ADD-S。给定一个3D模型M,设真实姿态为 R R R T T T ,预测出的姿态为 R ′ R' R T ′ T' T,则ADD方式误差为:
在这里插入图片描述
而AAD-S方式主要通过将3D模型M通过预测的姿态映射到指定空间S,与此同时真实姿态将M映射到指定空间H。对于S空间中的每个点,搜索H空间对应的最近点,对这些对应点求平均误差。

抓取点检测

有两个指标来评估抓取检测的性能:点度量和矩形度量。前者评估预测抓取中心与实际抓取中心之间的距离阈值。针对后者,如果抓取角度在Ground Truth抓取的30°范围内,且预测抓取的Jaccard指数大于25%,则后一个度量认为抓取是正确的。
除了上述指标,还存在其它度量来评估预测的抓取点的性能,包括:
1) 成功率或准确率:在摇晃后能够举起、运输和保持所需物体的抓握百分比。
2) 准确度:抓握的成功率估计稳健性高于50%。
3) 鲁棒抓取率:估计鲁棒性高于50%的计划抓取的百分比。
4) 计划时间:接收图像和返回计划抓取之间的时间(秒)。

抓取路径规划

主要通过计算抓取尝试的成功率来定义

参考

  • https://mp.weixin.qq.com/s/yKU8oMzai5mkfDoCXLSrVw
  • 《Vision-based robotic grasping from object localization, object pose estimation to grasp estimation for parallel grippers a review》
    https://arxiv.org/abs/1905.06658

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