Monitoring plants and fruits at high resolution play a key role in the future of agriculture. Accurate 3D information can pave the way to a diverse number of robotic applications in agriculture ranging from autonomous harvesting to precise yield estimation. Obtaining such 3D information is non-trivial as agricultural environments are often repetitive and cluttered, and one has to account for the partial observability of fruit and plants. In this paper, we address the problem of jointly estimating complete 3D shapes of fruit and their pose in a 3D multi-resolution map built by a mobile robot. To this end, we propose an online multi-resolution panoptic mapping system where regions of interest are represented with a higher resolution. We exploit data to learn a general fruit shape representation that we use at inference time together with an occlusion-aware differentiable rendering pipeline to complete partial fruit observations and estimate the 7 DoF pose of each fruit in the map. The experiments presented in this paper, evaluated both in the controlled environment and in a commercial greenhouse, show that our novel algorithm yields higher completion and pose estimation accuracy than existing methods, with an improvement of 41% in completion accuracy and 52% in pose estimation accuracy while keeping a low inference time of 0.6s in average.


翻译:监测植物和水果在高分辨率下对未来农业发展具有关键作用。准确的3D信息可以为农业机器人的各种应用铺平道路,例如自动采摘和精细的产量估算。在农业环境中获得这样的3D信息是不容易的,因为这里的环境通常是重复性的、杂乱的,并且需要考虑到水果和植物的局部可观测性。本文我们解决了一个问题,即如何在移动机器人构建的3D多分辨率地图中,同时估计水果的完整3D形状和它们的姿态。为此,我们提出了一种在线的多分辨率泛光建图系统,其中感兴趣区域以更高的分辨率表示。我们利用数据学习普遍的水果形状表示,并在推理时与一个有遮挡感知的可微渲染管道一起使用,以完成部分水果观测并估计地图中每个水果的7自由度姿态。本文中的实验在受控环境和商业温室中评估,结果表明我们的新算法比现有方法具有更高的补全和姿态估计准确性,在补全准确性上提高了41%,姿态估计准确性提高了52%,同时保持较低的推理时间(平均0.6秒)。

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