点云根据邻域数量进行异常删除

文章介绍了RadiusOutlierRemoval接口在点云处理中的应用,通过设置0.05的距离和30个邻居数量进行异常删除。提供的结构体FilterRadiusOutlierRemoval和KPclFilterRemovalRadiusOutlier类在klib可视化平台上实现了该功能,允许用户配置参数如搜索半径和最小邻居数来过滤点云数据。

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点云中根据邻域数量进行异常删除的接口是RadiusOutlierRemoval。

使用的效果如下:

 使用 0.05距离的邻居数量30

实现klib可视化平台的插件算子如下:

struct FilterRadiusOutlierRemoval
{
	//FilterIndices
	bool extract_removed_indices = false;
	bool negative = false;
	bool keep_organized = false;
	float userFilterValue = std::numeric_limits<float>::quiet_NaN();
	//RadiusOutlierRemoval
	double radiusSearch = 0;
	int minNeighborsInRadius = 1;

	//
	template<class PT>
	KArbit operator()(const pcl::shared_ptr<PointCloud<PT> >& cloud)
	{
		pcl::shared_ptr<PointCloud<PT> > res(new PointCloud<PT>);
		RadiusOutlierRemoval<PT> f(extract_removed_indices);
		f.setNegative(negative);
		f.setKeepOrganized(keep_organized);
		f.setUserFilterValue(userFilterValue);
		f.setRadiusSearch(radiusSearch);
		f.setMinNeighborsInRadius(minNeighborsInRadius);
		f.setInputCloud(cloud);
		f.filter(*res);
		return res;
	}
};




struct KPclFilterRemovalRadiusOutlier : KPlugBase
{
	FilterRadiusOutlierRemoval p;
	
	KPclFilterRemovalRadiusOutlier()
	{
		addProp("extract_removed_indices").setType(PropTypeBool).setValueAddr(&p.extract_removed_indices);
		addProp("negative").setType(PropTypeBool).setValueAddr(&p.negative);
		addProp("keep_organized").setType(PropTypeBool).setValueAddr(&p.keep_organized);
		addProp("userFilterValue").setType(PropTypeFloat).setValueAddr(&p.userFilterValue);

		addProp("radiusSearch").setType(PropTypeDouble).setValueAddr(&p.radiusSearch);
		addProp("minNeighborsInRadius").setType(PropTypeInt32).setValueAddr(&p.minNeighborsInRadius);
	}

	int __exec(const KArbit& src, KArbit& dst) override
	{
		dst = cld_op(src, p);
		return true;
	}
};

### 点云滤波技术概述 点云滤波是一重要的点云预处理技术,其目的是通过去除噪声、平滑表面以及优化数据结构来提高点云的质量[^2]。这技术对于后续的点云分析和建模至关重要,因为它直接影响到最终的结果精度。 #### 点云为何需要滤波? 点云通常来源于激光扫描仪或其他三维传感器,在采集过程中可能会受到多种因素的影响而引入噪声或异常点。这些干扰可能来自环境反射、设备误差或者目标物体本身的复杂性。因此,为了获得更精确的数据表示并减少冗余信息,有必要对原始点云进行滤波处理[^1]。 #### 主要的点云滤波方法 以下是几种常用的点云滤波方法及其特点: - **直通滤波 (Pass-through Filter)** 这种方法通过对某一维度设置阈值范围来筛选符合条件的点,适用于剔除不需要的空间区域内的点云数据。 - **体素滤波 (Voxel Grid Downsample)** 将空间划分为多个小立方体(即体素),并对每个体素中的点取平均值或者其他策略保留代表性的点,从而达到降采样的效果。 - **统计滤波 (Statistical Outlier Removal, SOR)** 利用统计学原理检测偏离正常分布的离群点,并将其移除。这种方法特别适合于清理随机分布型噪音^。 - **条件滤波 (Conditional Filtering)** 根据特定几何约束条件过滤掉不符合规则的点,例如高度差过大等情况下的地面分类应用。 - **半径滤波 (Radius Outlier Removal)** 定义一个邻域搜索半径,如果某个点在其范围内找到少于指定数量邻居,则认为该点为孤立点并删除之。 除了上述经典算法外,还有基于数学形态学的操作也可用于点云滤波任务中[^3]。这类方法主要依赖开闭运算等基本概念完成去噪和平滑等功能[^4]。 --- ### 统计滤波的具体实现 以 PCL 库为例展示如何利用 C++ 或 Python 编程语言实现简单的统计滤波过程如下所示: ```cpp // 使用PCL库实现C++版本的SOR滤波器 #include <pcl/io/pcd_io.h> #include <pcl/filters/statistical_outlier_removal.h> int main() { pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>); pcl::io::loadPCDFile<pcl::PointXYZ>("input_cloud.pcd", *cloud); pcl::StatisticalOutlierRemoval<pcl::PointXYZ> sor; sor.setInputCloud(cloud); sor.setMeanK(50); // 设置考虑最近邻的数量 sor.setStddevMulThresh(1.0); // 设定标准偏差倍数阈值 sor.filter(*cloud); pcl::io::savePCDFileASCII("output_cloud.pcd", *cloud); } ``` 同样也可以采用Python脚本快速测试相同逻辑的功能模块: ```python import numpy as np import open3d as o3d def statistical_filter(pcd, nb_neighbors=20, std_ratio=2.0): cl, ind = pcd.remove_statistical_outlier(nb_neighbors=nb_neighbors, std_ratio=std_ratio) return cl.select_by_index(ind) if __name__ == "__main__": input_pcd = o3d.io.read_point_cloud("input_cloud.ply") filtered_pcd = statistical_filter(input_pcd) o3d.visualization.draw_geometries([filtered_pcd]) ``` 以上两段代码分别展示了两种不同编程环境下执行统计滤波的方式,其中参数`setMeanK()` 和 `remove_statistical_outlier()` 控制着近邻数目与容忍度的选择,合理调整它们能够有效改善滤波性能。 --- ### 数学形态学滤波简介 另一种值得注意的方法是基于数学形态学理论设计出来的点云滤波方案。此方法借助集合论的思想定义了一些基础算子如腐蚀(Erosion)、膨胀(Dilation),并通过组合形成更加复杂的变换形式——开启(Opening)/关闭(Closing)。下面给出一段MATLAB伪代码片段说明其实现思路: ```matlab % MATLAB实现简单形态学开操作 function output = morphological_opening(pointCloud, structElementSize) se = strel('disk', structElementSize); % 创建圆形结构元 erodedCloud = imerode(pointCloud, se); % 腐蚀阶段 dilatedCloud = imdilate(erodedCloud, se); % 膨胀恢复细节部分 output = dilatedCloud; % 返回结果 end ``` 这种技术尤其擅长应对那些具有明显边界特征的对象场景下产生的毛刺类缺陷修复工作。 ---
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