Ceres与PCL:拟合2D圆形

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本文介绍了如何结合Ceres数值优化库和PCL点云库来拟合二维圆形。通过示例代码展示了从点云数据中提取预处理、RANSAC初始化模型到Ceres优化找到最佳圆心和半径的过程,适用于图像处理和计算机视觉领域的圆形拟合任务。

Ceres与PCL:拟合2D圆形

近年来,计算机视觉和图像处理领域的研究取得了长足的进展。在图像分析和模式识别中,拟合二维圆形是一个常见的任务,它在多个应用领域中发挥着重要作用,比如目标检测、机器人导航以及医学图像处理等。本文将介绍如何使用Ceres和PCL这两个优秀的开源库来拟合二维圆形。

首先,我们需要安装和配置Ceres和PCL。Ceres是一个用于数值优化的C++库,而PCL(点云库)是一套用于点云数据处理的库。安装过程因操作系统不同而异,可以参考官方文档进行安装。

接下来,我们将通过一个简单的示例来演示如何使用Ceres和PCL拟合二维圆形。我们假设已经有一组带噪声的二维点云数据,我们的目标是找到最优拟合的圆心和半径参数。

下面是示例代码:

#include <iostream>
#include <ceres/ceres.h>
Ceres 库中,`ceres::SizedCostFunction` 是一个抽象基类,用于定义残差函数及其对应的雅可比矩阵。当需要手动计算雅可比矩阵时,可继承 `ceres::SizedCostFunction` 类。以下是继承该类的方法和示例: ### 继承方法 1. **定义类**:创建一个新类,继承自 `ceres::SizedCostFunction`,并在模板参数中指定残差的维度和参数块的维度。 2. **实现 `Evaluate` 函数**:该函数负责计算残差和雅可比矩阵。它接受三个参数:参数块数组、残差数组和雅可比矩阵数组。 ### 示例代码 ```cpp #include "ceres/ceres.h" #include <iostream> // 继承 SizedCostFunction class QuadraticCostFunction : public ceres::SizedCostFunction<1, 1> { public: virtual ~QuadraticCostFunction() {} // 实现 Evaluate 函数 virtual bool Evaluate(double const* const* parameters, double* residuals, double** jacobians) const { const double x = parameters[0][0]; // 计算残差 residuals[0] = 10 - x; // 计算雅可比矩阵 if (jacobians != nullptr && jacobians[0] != nullptr) { jacobians[0][0] = -1; } return true; } }; int main(int argc, char** argv) { google::InitGoogleLogging(argv[0]); // 待优化的变量 double x = 0.5; // 创建一个 Problem 对象 ceres::Problem problem; // 创建 CostFunction 对象 ceres::CostFunction* cost_function = new QuadraticCostFunction; // 添加残差块到 Problem 中 problem.AddResidualBlock(cost_function, nullptr, &x); // 配置求解器 ceres::Solver::Options options; options.linear_solver_type = ceres::DENSE_QR; options.minimizer_progress_to_stdout = true; // 求解结果 ceres::Solver::Summary summary; ceres::Solve(options, &problem, &summary); // 输出结果 std::cout << summary.BriefReport() << "\n"; std::cout << "x: " << x << "\n"; return 0; } ``` ### 代码解释 - **定义类**:`QuadraticCostFunction` 类继承自 `ceres::SizedCostFunction<1, 1>`,表示残差维度为 1,参数块维度为 1。 - **实现 `Evaluate` 函数**:该函数计算残差 `residuals[0] = 10 - x`,并手动计算雅可比矩阵 `jacobians[0][0] = -1`。 - **创建 `CostFunction` 对象**:实例化 `QuadraticCostFunction` 类,并将其添加到 `Problem` 中。 ###
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