單眼視覺測程結果分析

對於五種型態的特徵點序列，各別進行 100 次的單眼視覺測程估測後，挑選 最佳的結果進行分析與比較。

首先在實驗結果中分析影像間的誤差以及整體特徵序列所累積的誤差，對於 兩張影像之間的誤差可觀察出該特徵序列在視覺測程中的穩定度；而對於整體的 估計誤差，可顯示不同型態特徵點序列在整體估測過程中，誤差率發展的趨勢。

在前一節中，以 2011_09_26_drive_0002_sync、2011_09_26_drive_0091_sync 及 2011_09_26_drive_0095_sync 所得到之估測最佳解，透過影像間的誤差以及整 體累積誤差的概念，可將其視覺測程估測結果描繪於下圖：

(a)

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(b)

圖 5-10 2011_09_26_drive_0002_sync 估測結果誤差圖 (a)兩張影像間的誤差 (b)特徵序列累積誤差

(a)

(b)

圖 5-11 2011_09_26_drive_0091_sync 估測結果誤差圖 (a)兩張影像間的誤差 (b)特徵序列累積誤差

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(a)

(b)

圖 5-12 2011_09_26_drive_0095_sync 估測結果誤差圖 (a)兩張影像間的誤差 (b)特徵序列累積誤差

由圖 5-10 (b)中可觀察出，在估測開始時，所有測試的特徵點皆具緩慢的誤差(偏 移)累積現象。而當序列進行到中段時，在圖 5-10 (b)及圖 5-5 (b)可明顯地看出，

ORB 相較於其他四種類別有大幅度誤差(偏移)成長的情況，且在圖 5-12 (b)中亦 為累積誤差(偏移)較為顯著者。當序列結束時，可以觀察到 ORB 仍然是具有最 大誤差(偏移)率。而在圖 5-11(a)中，可找出 ORB 出現顯著誤差(偏移)頻率較高，

因此推測 ORB 在視覺測程估測時可能較不穩定。

除了上述針對兩張連續影像間計算誤差，以及序列過程中的累積誤差(偏移)

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表 5-7 2011_09_26_drive_0002_sync 分段位移誤差比較表 SIFT SURF ORB BRISK A-KAZE

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表 5-8 2011_09_26_drive_0002_sync 分段旋轉誤差比較表 SIFT SURF ORB BRISK A-KAZE

移動區間(公尺) 旋轉誤差(%)

00.00~08.18 0.0078 0.0075 0.0094 0.0074 0.0065 08.18~16.36 0.0065 0.0058 0.0081 0.0058 0.0049 16.36~24.54 0.0063 0.0055 0.0079 0.0052 0.0045 24.54~32.73 0.0060 0.0052 0.0077 0.0045 0.0040 32.73~40.91 0.0059 0.0051 0.0078 0.0042 0.0039 40.91~49.09 0.0058 0.0049 0.0077 0.0040 0.0038 49.09~57.27 0.0056 0.0047 0.0075 0.0040 0.0037 57.27~65.45 0.0054 0.0047 0.0075 0.0041 0.0038 65.45~73.63 0.0053 0.0046 0.0074 0.0042 0.0037 73.63~81.82(m) 0.0050 0.0043 0.0070 0.0038 0.0034

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圖 5-13 2011_09_26_drive_0002_sync 估測結果分段誤差

在 2011_09_26_drive_0002_sync 估測結果的位移分段誤差中，可以看出在序 列後期皆有誤差(偏移)下降的趨勢，甚至在序列結束時 SIFT、SURF 及 BRISK 其誤差率在 1%以下，而 A-KAZE 誤差率大約在 1%左右，然而 ORB 誤差率從序 列開始至結束，始終明顯高於其它四者。在旋轉分段誤差的部分，同樣的隨著序 列前進皆有誤差下降趨勢。其中可發現 SIFT 在序列始終皆具有最低的誤差，相 反地 ORB 卻始終保持最高誤差，且明顯高與其他四者。

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在 2011_09_26_drive_0091_sync 的資料序列中，每一個區段的位移及旋轉誤 差如下表，並繪製成圖 5-14：

表 5-9 2011_09_26_drive_0091_sync 分段位移誤差比較表 SIFT SURF ORB BRISK A-KAZE

移動區間(公尺) 位移誤差(%)

0~19.77 2.5140 2.8524 3.8250 2.9488 3.3373 19.77~39.54 2.0676 2.4045 3.3180 2.5458 2.8924 39.54~59.31 1.7938 2.1386 3.0451 2.3242 2.6582 59.31~79.07 1.7060 2.0256 2.9470 2.2057 2.5243 79.07~98.84 1.7300 1.9004 2.5994 2.0529 2.1801 98.84~118.61 1.6324 1.6572 2.2481 1.8750 1.8695 118.61~138.38 1.5640 1.4893 2.0113 1.7096 1.6271 138.38~158.15 1.5388 1.4170 1.7523 1.5260 1.4165 158.15~177.92 1.5485 1.3970 1.5921 1.4073 1.2332 177.92~197.69 1.5960 1.4225 1.5573 1.3603 1.1232

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表 5-10 2011_09_26_drive_0091_sync 分段旋轉誤差比較表 SIFT SURF ORB BRISK A-KAZE

移動區間(公尺) 旋轉誤差(%)

00.00~19.77 0.0116 0.0099 0.0139 0.0108 0.0124 19.77~39.54 0.0096 0.0085 0.0111 0.0096 0.0117 39.54~59.31 0.0083 0.0075 0.0096 0.0087 0.0107 59.31~79.07 0.0076 0.0071 0.0085 0.0078 0.0093 79.07~98.84 0.0067 0.0062 0.0075 0.0067 0.0080 98.84~118.61 0.0064 0.0055 0.0066 0.0065 0.0067 118.61~138.38 0.0058 0.0049 0.0057 0.0063 0.0052 138.38~158.15 0.0049 0.0040 0.0054 0.0057 0.0039 158.15~177.92 0.0041 0.0034 0.0052 0.0049 0.0028 177.92~197.69 0.0035 0.0028 0.0041 0.0040 0.0019

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圖 5-14 2011_09_26_drive_0091_sync 估測結果分段誤差

2011_09_26_drive_0091_sync 估測結果分段位移誤差中，BSRIK 呈現持續穩 定減少誤差率，並在約在 120 公尺至 150 公尺區間，誤差率有大幅度下降並低於 A-KAZE、SIFT 及 SURF 的現象，而 SIFT 及 SURF 在序列後期，誤差率趨於平 緩並有略微上升。ORB 雖然在序列後期誤差率略低於 SIFT，但在每個分段中仍 為誤差率最高者。而在旋轉的分段誤差中，雖然誤差率皆為逐步下降，但在序列 結束時 ORB 相對於 A-KAZE 仍然有近似 2 倍的誤差率。

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在 2011_09_26_drive_0095_sync 的資料序列中，每一個區段的位移及旋轉誤 差如下表，並繪製成圖 5-15：

表 5-11 2011_09_26_drive_0095_sync 分段位移誤差比較表 SIFT SURF ORB BRISK A-KAZE

移動區間(公尺) 位移誤差(%)

0~25.41 7.2320 5.7909 8.5535 8.5035 8.5099 25.41~50.81 6.9365 5.4943 8.0730 8.2469 7.9602 50.81~76.22 6.7717 5.1080 7.8049 8.1690 7.6002 76.22~101.63 6.6689 4.8553 7.6707 8.1510 7.3566 101.63~127.04 6.5937 4.6457 7.6023 8.0994 7.2364 127.04~152.44 6.5792 4.5166 7.6242 8.0749 7.2954 152.44~177.85 6.5504 4.3970 7.6908 7.9786 7.4483 177.85~203.26 6.5212 4.3151 7.8888 7.8921 7.6949 203.26~228.67 6.5598 4.3625 8.2366 7.9364 8.0597 228.67~254.07 6.5922 4.4695 8.6929 8.0438 8.3780

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表 5-12 2011_09_26_drive_0095_sync 分段旋轉誤差比較表 SIFT SURF ORB BRISK A-KAZE

移動區間(公尺) 旋轉誤差(%)

0~25.41 0.0102 0.0094 0.0092 0.0114 0.0099 25.41~50.81 0.0093 0.0083 0.0074 0.0102 0.0092 50.81~76.22 0.0084 0.0074 0.0060 0.0092 0.0081 76.22~101.63 0.0075 0.0065 0.0050 0.0079 0.0068 101.63~127.04 0.0065 0.0057 0.0039 0.0066 0.0058 127.04~152.44 0.0055 0.0048 0.0030 0.0052 0.0048 152.44~177.85 0.0045 0.0040 0.0025 0.0041 0.0038 177.85~203.26 0.0038 0.0032 0.0025 0.0030 0.0033 203.26~228.67 0.0040 0.0029 0.0027 0.0031 0.0033 228.67~254.07 0.0037 0.0027 0.0028 0.0034 0.0032

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圖 5-15 2011_09_26_drive_0095_sync 估測結果分段誤差

由 2011_09_26_drive_0095_sync 估測結果位移分段誤差來看，SURF 在序列 中始終優於其他四者，甚至在序列結束時約為 ORB 誤差率之一半。在旋轉分段 誤 差 中 ， 相 較 於 前 兩 筆 測 試 資 料 2011_09_26_drive_0002_sync 以 及 2011_09_26_drive_0091_sync 最 為 不 同 的 地方 在 於 ORB 之 誤 差 率呈 現 ， 在 2011_09_26_drive_0095_sync 序列中呈現優於其他四者之結果。

由上述資料 2011_09_26_drive_0002_sync、2011_09_26_drive_0091_sync 及 2011_09_26_drive_0095_sync 中綜合來看，ORB 具有最大不穩定的現象。而 SIFT、

SURF、BRISK 及 A-KAZE 在不同的資料中有不同的結果呈現，互有優勢及劣勢。

對於估測實驗結果，除了先以影像序列間的觀點分析局部或是整體的誤差率，

再導入針對路徑進行區間分割觀測旋轉及位移誤差外，最後以移動路徑軌跡來觀 察之間的差異。

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對於 2011_09_26_drive_0002_sync 影像序列之估測移動路徑結果分析如下：

圖 5-16 2011_09_26_drive_0002_sync 移動軌跡比較

在 2011_09_26_drive_0002_sync 資料所繪製的移動軌跡中，五種演算法之結 果輪廓相近，任取一段移動區間 (圖 5-10 紅圈標示處)放大後可發現，不同演算 法與影像資料庫所提供之真實路徑差異，路徑放大圖如圖 5-17。

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圖 5-17 2011_09_26_drive_0002_sync 路徑放大圖

計算每一種演算法所估測的位置結果與真實路徑的整體平均距離(四捨五入 至小數第四位)，如下表所示：

表 5-13 2011_09_26_drive_0002_sync 估測與真實路徑比較

SIFT SURF ORB BRISK A-KAZE 偏移距離(公尺)

最小距離 0.0476 0.0485 0.0867 0.0575 0.0881 最大距離 0.7323 0.7688 1.3924 0.7510 0.8266 平均距離 0.3702 0.4650 0.8939 0.4239 0.5447

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對於 2011_09_26_drive_00091_sync 影像序列之估測移動路徑結果分析如 下：

圖 5-18 2011_09_26_drive_00091_sync 移動軌跡比較

在 2011_09_26_drive_0002_sync 資料所繪製的移動軌跡中，雖然五種演算法 看似具有相似的路徑描繪結果，將所估測路徑 100 公尺處 ( 圖 5-12 紅圈標示處) 放大後如下：

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圖 5-19 2011_09_26_drive_0091_sync 路徑放大圖

計算 2011_09_26_drive_0091_sync 資料中，每一種演算法所估測的位置結果 與真實路徑的整體平均距離(四捨五入至小數第四位)，如下表所示：

表 5-14 2011_09_26_drive_0091_sync 估測與真實路徑比較

SIFT SURF ORB BRISK A-KAZE 偏移距離(公尺)

最小距離 2.7068 2.6487 2.9884 2.1873 2.6483 最大距離 3.6391 3.4991 5.1129 3.8876 4.0301 平均距離 3.3592 3.1392 4.3414 3.2883 3.4798

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對於 2011_09_26_drive_00095_sync 影像序列之估測移動路徑結果分析如 下：

圖 5-20 2011_09_26_drive_0095_sync 移動軌跡比較

由 2011_09_26_drive_0095_sync 影像序列所估測出的路徑圖(圖-)可看出，路 徑約於 160 公尺處開始轉彎，並出現明顯分岔，且誤差隨移動距離而持續增加。

將所估測路徑 160 處 (圖 5-紅圈標示處)放大後如下：

82

圖 5-21 2011_09_26_drive_0095_sync 路徑放大圖

計算 2011_09_26_drive_0095_sync 資料中，每一種演算法所估測的位置結果 與真實路徑的整體平均距離(四捨五入至小數第四位)，如下表所示：

表 5-15 2011_09_26_drive_0095_sync 估測與真實路徑比較

SIFT SURF ORB BRISK A-KAZE 偏移距離(公尺)

最小距離 0.1299 0.1719 0.3151 0.1661 0.2646 最大距離 16.4473 11.1948 21.6884 20.0691 20.9027 平均距離 3.4023 3.4767 4.7192 3.6856 3.7173

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本研究以 The KITTI Vision Benchmark Suite[37]中的資料作為影像輸入，該 影像皆已經過校正與對正，可直接做為後續流程使用。首先將影像序列透過選定 之五種特徵點偵測演算法進行偵測與描述，得到對應的特徵點序列，在本研究中 使用的特徵點演算法分別為 SIFT、SURF、ORB、BRISK 以及 A-KAZE。

將得到的特徵點序列進行相鄰前後影像的匹配，先以暴力搜尋(brute-force)方法進