MATLAB点云处理（十五）：球面拟合（RANSAC | MSAC）

Posted 2021-08-29 没事就要敲代码

文章目录

• • 1 球面拟合函数 pcfitsphere
  • 2 代码实现
  • • 2.1 model = pcfitsphere(ptCloudIn,maxDistance)
    • 2.2 [model,inlierIndices,outlierIndices] = pcfitsphere(ptCloudIn,maxDistance) ★★★
    • 2.3 [model,inlierIndices,outlierIndices,meanError] = pcfitsphere(ptCloudIn,maxDistance)
  • 3 注意

1 球面拟合函数 pcfitsphere

pcfitsphere — 从点云中拟合球面

此函数使用M估计样本一致性（M-estimator SAmple Consensus，MSAC）算法来查找球体。MSAC算法是一种改进的 RANSAC 算法。

主要有 3 种重载方式

NO.1 给定点云ptCloudIn，设置内点到模型的最大距离maxDistance，实现点云的RANSAC球面拟合，并返回模型系数model

model = pcfitsphere(ptCloudIn,maxDistance)

NO.2 给定点云ptCloudIn，设置内点到模型的最大距离maxDistance，实现点云的RANSAC球面拟合，并返回模型系数model，内点索引inlierIndices、外点索引outlierIndices

[model,inlierIndices,outlierIndices] = pcfitsphere(ptCloudIn,maxDistance)

NO.3 给定点云ptCloudIn，设置内点到模型的最大距离maxDistance，实现点云的RANSAC球面拟合，并返回模型系数model，内点索引inlierIndices、外点索引outlierIndices以及模型拟合的平均误差meanError

[model,inlierIndices,outlierIndices,meanError] = pcfitsphere(ptCloudIn,maxDistance)

2 代码实现

2.1 model = pcfitsphere(ptCloudIn,maxDistance)

拟合并返回模型系数

代码：

clc;
clear;

% 加载点云
ptCloud_in = pcread('test.pcd');

% 设置内点到模型的最大距离
maxDistance = 0.05;

% 执行MSAC球拟合
model = pcfitsphere(ptCloud_in,maxDistance)

% 可视化
pcshow(ptCloud_in);
title('包含球体的点云')
xlabel('X(m)');
ylabel('Y(m)');
zlabel('Z(m)');

输出结果：

model = 

  sphereModel - 属性:

    Parameters: [-1.4571e-08 0 0 1]
        Center: [-1.4571e-08 0 0]
        Radius: 1

其中，

• Parameters为球面参数，1×4向量 $[x_o,y_o,z_o,r]$ ，$[x_o,y_o,z_o,]$为球心，$r$为球半径
• Center 为球心 $[x_o,y_o,z_o]$
• Radius 球半径 $r$

2.2 [model,inlierIndices,outlierIndices] = pcfitsphere(ptCloudIn,maxDistance) ★★★

拟合球面并返回内点、外点

代码：

clc;
clear;

% 加载点云
ptCloud_in = pcread('test.pcd');

% 设置内点到模型的最大距离
maxDistance = 0.05;

% 执行MSAC球拟合,并提取内点、外点索引
[model,inlierIndices,outlierIndices] = pcfitsphere(ptCloud_in,maxDistance);

% 提取拟合球面点云
cloud_sphere = select(ptCloud_in,inlierIndices);

% 提取外点点云
cloud_outlier = select(ptCloud_in,outlierIndices);

figure;
pcshow(ptCloud_in);
title('包含球面的点云')
xlabel('X(m)');
ylabel('Y(m)');
zlabel('Z(m)');
hold on;

figure;
pcshow(cloud_sphere);
title('球面拟合点云')
xlabel('X(m)');
ylabel('Y(m)');
zlabel('Z(m)');
hold on;

figure;
pcshow(cloud_outlier);
title('外点点云')
xlabel('X(m)');
ylabel('Y(m)');
zlabel('Z(m)');
hold on;

figure;
pcshowpair(cloud_sphere,cloud_outlier)
title('球面内点、外点比较')
xlabel('X(m)');
ylabel('Y(m)');
zlabel('Z(m)');
hold off;

结果展示：

2.3 [model,inlierIndices,outlierIndices,meanError] = pcfitsphere(ptCloudIn,maxDistance)

拟合球面并计算平均误差

代码：

clc;
clear;

% 加载点云
ptCloud_in = pcread('test.pcd');

% 设置内点到模型的最大距离
maxDistance = 0.05;

% 执行MSAC球拟合,并计算拟合的平均误差
[model,inlierIndices,outlierIndices,meanError] = pcfitsphere(ptCloud_in,maxDistance);

% 输出拟合的平均误差
meanError

输出结果：

meanError =

  single

  9.0224e-09

3 注意

使用pcfitsphere函数进行球面拟合，拟合结果不唯一，每执行一次拟合，就得到一个不同的结果，但结果接近。

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参考链接

https://ww2.mathworks.cn/help/vision/ref/pcfitsphere.html