PCL 常用小知识

Posted 2020-12-29 flyinggod

时间计算

pcl中计算程序运行时间有很多函数，其中利用控制台的时间计算

首先必须包含头文件 #include <pcl/console/time.h>

#include <pcl/console/time.h>

pcl::console::TicToc time; 
time.tic();
//程序段
cout<<time.toc()/1000<<"s"<<endl;

pcl::PointCloud::Ptr和pcl::PointCloud的两个类相互转换

#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/point_cloud.h>
 
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloudPointer(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloud;
cloud = *cloudPointer;
cloudPointer = cloud.makeShared();

查找点云的x，y，z的极值

#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/common/common.h>

pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
pcl::io::loadPCDFile<pcl::PointXYZ> ("your_pcd_file.pcd", *cloud);
pcl::PointXYZ minPt, maxPt;
pcl::getMinMax3D (*cloud, minPt, maxPt);

如果知道需要保存点的索引，如何从原点云中拷贝点到新点云？

#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/common/impl/io.hpp>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/point_cloud.h>
 
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
pcl::io::loadPCDFile<pcl::PointXYZ>("C:office3-after21111.pcd", *cloud);
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloudOut(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
std::vector<int > indexs = { 1, 2, 5 };
pcl::copyPointCloud(*cloud, indexs, *cloudOut);

取已知索引之外的点云

pcl::PointIndices::Ptr inliers(new pcl::PointIndices);
inliers->indices = pointIdxRadiusSearchMap;
//已知索引的index
std::vector<int> pointIdxRadiusSearchMap;

pcl::ExtractIndices<pcl::PointXYZ> extract; 
extract.setInputCloud(_laser3d_map);
extract.setIndices(inliers);                 
extract.setNegative(true);  //false: 筛选Index对应的点，true：过滤获取Index之外的点                
extract.filter(*map_3d_2);

如何从点云里删除和添加点？

#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/common/impl/io.hpp>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/point_cloud.h>
 
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
pcl::io::loadPCDFile<pcl::PointXYZ>("C:office3-after21111.pcd", *cloud);
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::iterator index = cloud->begin();
cloud->erase(index);//删除第一个
index = cloud->begin() + 5;
cloud->erase(cloud->begin());//删除第5个
pcl::PointXYZ point = { 1, 1, 1 };
//在索引号为5的位置1上插入一点，原来的点后移一位
cloud->insert(cloud->begin() + 5, point);
cloud->push_back(point);//从点云最后面插入一点
std::cout << cloud->points[5].x;//输出1

如果删除的点太多建议用上面的方法拷贝到新点云，再赋值给原点云，如果要添加很多点，建议先resize，然后用循环向点云里的添加。

如何对点云进行全局或局部变换

#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/common/impl/io.hpp>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/point_cloud.h>
#include <pcl/common/transforms.h>

pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud (new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
pcl::io::loadPCDFile("path/.pcd",*cloud);
//全局变化
 //构造变化矩阵
Eigen::Matrix4f transform_1 = Eigen::Matrix4f::Identity();
float theta = M_PI/4;   //旋转的度数，这里是45度
transform_1 (0,0) = cos (theta);  //这里是绕的Z轴旋转
transform_1 (0,1) = -sin(theta);
transform_1 (1,0) = sin (theta);
transform_1 (1,1) = cos (theta);
       
//transform_1 (0,2) = 0.3;   //这样会产生缩放效果
//transform_1 (1,2) = 0.6;
// transform_1 (2,2) = 1;

transform_1 (0,3) = 25; //这里沿X轴平移
transform_1 (1,3) = 30;
transform_1 (2,3) = 380;
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr transform_cloud1 (new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
pcl::transformPointCloud(*cloud,*transform_cloud1,transform_1);  //不言而喻

//第一个参数为输入，第二个参数为输入点云中部分点集索引，第三个为存储对象，第四个是变换矩阵。

pcl::transformPointCloud(*cloud,pcl::PointIndices indices,*transform_cloud1,matrix);

链接两个点云字段（两点云大小必须相同）

pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud (new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
pcl::io::loadPCDFile("/home/yxg/pcl/pcd/mid.pcd",*cloud);
pcl::NormalEstimation<pcl::PointXYZ,pcl::Normal> ne;
ne.setInputCloud(cloud);
pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>::Ptr tree (new pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>());
ne.setSearchMethod(tree);
pcl::PointCloud<pcl::Normal>::Ptr cloud_normals(new pcl::PointCloud<pcl::Normal>()); 
ne.setKSearch(8);

//ne.setRadisuSearch(0.3);
ne.compute(*cloud_normals);    
pcl::PointCloud<pcl::PointNormal>::Ptr cloud_with_nomal (new pcl::PointCloud<pcl::PointNormal>);
pcl::concatenateFields(*cloud,*cloud_normals,*cloud_with_nomal);

删除无效点

#include <pcl/point_cloud.h>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/filters/filter.h>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
    
using namespace std;
typedef pcl::PointXYZRGBA point;
typedef pcl::PointCloud<point> CloudType;
    
int main (int argc,char **argv)
{
    CloudType::Ptr cloud (new CloudType);
    CloudType::Ptr output (new CloudType);
    
     pcl::io::loadPCDFile(argv[1],*cloud);
     cout<<"size is:"<<cloud->size()<<endl;
            
     vector<int> indices;
     pcl::removeNaNFromPointCloud(*cloud,*output,indices);
     cout<<"output size:"<<output->size()<<endl;
            
     pcl::io::savePCDFile("out.pcd",*output);
     return 0;
}     

xyzrgb格式转换为xyz格式的点云

#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <ctime>
#include <Eigen/Core>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/point_cloud.h>

using namespace std;
typedef pcl::PointXYZ point;
typedef pcl::PointXYZRGBA pointcolor;

int main(int argc,char **argv)
{
        pcl::PointCloud<pointcolor>::Ptr input (new pcl::PointCloud<pointcolor>);
        pcl::io::loadPCDFile(argv[1],*input);
        

        pcl::PointCloud<point>::Ptr output (new pcl::PointCloud<point>);
        int M = input->points.size();
        cout<<"input size is:"<<M<<endl;

        for (int i = 0;i <M;i++)
        {
                point p;
                p.x = input->points[i].x;
                p.y = input->points[i].y;
                p.z = input->points[i].z; 
                output->points.push_back(p);
        }
        output->width = 1;
        output->height = M;
        
        cout<< "size is"<<output->size()<<endl;
        pcl::io::savePCDFile("output.pcd",*output);

}

flann kdtree 查询k近邻

//平均密度计算
pcl::KdTreeFLANN<pcl::PointXYZ> kdtree;  //创建一个快速k近邻查询,查询的时候若该点在点云中，则第一个近邻点是其本身

kdtree.setInputCloud(cloud);
int k =2;
float everagedistance =0;
for (int i =0; i < cloud->size()/2;i++)
{
   vector<int> nnh ;
   vector<float> squaredistance;
       
   //pcl::PointXYZ p;
   //p = cloud->points[i];
   kdtree.nearestKSearch(cloud->points[i],k,nnh,squaredistance);
   everagedistance += sqrt(squaredistance[1]);
   //cout<<everagedistance<<endl;
}

everagedistance = everagedistance/(cloud->size()/2);
cout<<"everage distance is : "<<everagedistance<<endl;
        
 

#include <pcl/kdtree/kdtree_flann.h>

pcl::KdTreeFLANN<pcl::PointXYZ> kdtree; //创建KDtree
kdtree.setInputCloud (in_cloud);

pcl::PointXYZ searchPoint; //创建目标点，（搜索该点的近邻）
searchPoint.x = 1;
searchPoint.y = 2;
searchPoint.z = 3;

//查询近邻点的个数
 int k = 10; //近邻点的个数
std::vector<int> pointIdxNKNSearch(k); //存储近邻点集的索引
std::vector<float>pointNKNSquareDistance(k); //近邻点集的距离
 if (kdtree.nearestKSearch(searchPoint,k,pointIdxNKNSearch,pointNKNSquareDistance)>0)
{
       for (size_t i = 0; i < pointIdxNKNSearch.size (); ++i)
             std::cout << "    "  <<   in_cloud->points[ pointIdxNKNSearch[i] ].x 
                            << " " << in_cloud->points[ pointIdxNKNSearch[i] ].y 
                            << " " <<in_cloud->points[ pointIdxNKNSearch[i] ].z 
                           << " (squared distance: " <<pointNKNSquareDistance[i] << ")<<std::endl;
}

//半径为r的近邻点
float radius = 40.0f;  //其实是求的40*40距离范围内的点
std::vector<int> pointIdxRadiusSearch;  //存储的对应的平方距离
std::vector<float> a;
if ( kdtree.radiusSearch (searchPoint, radius, pointIdxRadiusSearch, a) > 0 )
{
      for (size_t i = 0; i < pointIdxRadiusSearch.size (); ++i)
              std::cout << "    "  <<   in_cloud->points[ pointIdxRadiusSearch[i] ].x 
                            << " " <<in_cloud->points[ pointIdxRadiusSearch[i] ].y 
                            << " " << in_cloud->points[ pointIdxRadiusSearch[i] ].z 
                            << " (squared distance: " <<a[i] << ")" << std::endl;
}

关于ply文件

后缀命名为.ply格式文件，常用的点云数据文件。ply文件不仅可以存储点数据，而且可以存储网格数据. 用emacs打开一个ply文件，观察表头，如果表头element face的值为0,则表示该文件为点云文件，如果element face的值为某一正整数N，则表示该文件为网格文件，且包含N个网格.所以利用pcl读取 ply 文件，不能一味用pcl::PointCloud<PointT>::Ptr cloud (new pcl::PointCloud<PintT>)来读取。在读取ply文件时候，首先要分清该文件是点云还是网格类文件。如果是点云文件，则按照一般的点云类去读取即可，官网例子,就是这样。如果ply文件是网格类，则需要

pcl::PolygonMesh mesh;
pcl::io::loadPLYFile(argv[1],mesh);
pcl::io::savePLYFile("result.ply", mesh);

读取。（官网例子之所以能成功，是因为它对模型进行了细分处理，使得网格变成了点）

计算点的索引

例如sift算法中，pcl无法直接提供索引（主要原因是sift点是通过计算出来的，在某些不同参数下，sift点可能并非源数据中的点，而是某些点的近似），若要获取索引，则可利用以下函数：

void getIndices (pointcloud::Ptr cloudin, pointcloud keypoints, pcl::PointIndices::Ptr indices)
{
    pcl::KdTreeFLANN<pcl::PointXYZ> kdtree;
    kdtree.setInputCloud(cloudin);
    std::vector<float>pointNKNSquareDistance; //近邻点集的距离
    std::vector<int> pointIdxNKNSearch;

    for (size_t i =0; i < keypoints.size();i++)
    {
        kdtree.nearestKSearch(keypoints.points[i],1,pointIdxNKNSearch,pointNKNSquareDistance);
        // cout<<"the distance is:"<<pointNKNSquareDistance[0]<<endl;
        // cout<<"the indieces is:"<<pointIdxNKNSearch[0]<<endl;
                
        indices->indices.push_back(pointIdxNKNSearch[0]);
                
   }

}

其思想就是：将原始数据插入到flann的kdtree中，寻找keypoints的最近邻，如果距离等于0,则说明是同一点，提取索引即可.

计算质心

Eigen::Vector4f centroid;  //质心
pcl::compute3DCentroid(*cloud_smoothed,centroid); //估计质心的坐标

从网格提取顶点（将网格转化为点）

#include <pcl/io/io.h>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/io/obj_io.h>
#include <pcl/PolygonMesh.h>
#include <pcl/point_cloud.h>
#include <pcl/io/vtk_lib_io.h>//loadPolygonFileOBJ所属头文件；
#include <pcl/io/vtk_io.h>
#include <pcl/io/ply_io.h>
#include <pcl/point_types.h>
using namespace pcl;

int main(int argc,char **argv)
{
        pcl::PolygonMesh mesh;
        //pcl::io::loadPolygonFileOBJ(argv[1], mesh);
        pcl::io::loadPLYFile(argv[1],mesh);
        pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
        pcl::fromPCLPointCloud2(mesh.cloud, *cloud);
        pcl::io::savePCDFileASCII("result.pcd", *cloud);
return 0;
}

以上代码可以从.obj或.ply面片格式转化为点云类型。