欧式聚类提取-------PCL

欧式聚类

std::vector<pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr> PclTool::euclideanClustering(const pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr& cloud)
{
    std::vector<pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr> clustered_clouds;

    // 下采样
    pcl::VoxelGrid<pcl::PointXYZ> vg;
    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud_filtered(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
    vg.setInputCloud(cloud);
    vg.setLeafSize(0.01f, 0.01f, 0.01f);
    vg.filter(*cloud_filtered);

       // 创建平面模型分割的对象并设置参数
    pcl::SACSegmentation<pcl::PointXYZ> seg;
    pcl::PointIndices::Ptr inliers(new pcl::PointIndices);
    pcl::ModelCoefficients::Ptr coefficients(new pcl::ModelCoefficients);
    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud_plane(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>());

    seg.setOptimizeCoefficients(true);
    seg.setModelType(pcl::SACMODEL_PLANE);  // 分割模型
    seg.setMethodType(pcl::SAC_RANSAC);     // 随机参数估计方法
    seg.setMaxIterations(100);              // 最大的迭代的次数
    seg.setDistanceThreshold(0.02);         // 设置阀值
    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud_f(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);

    int i = 0, nr_points = (int)cloud_filtered->points.size();
    while (cloud_filtered->points.size() > 0.3 * nr_points)  // 滤波停止条件
    {
        // Segment the largest planar component from the remaining cloud
        seg.setInputCloud(cloud_filtered);  // 输入
        seg.segment(*inliers, *coefficients);
        if (inliers->indices.size() == 0)
        {
            std::cout << "Could not estimate a planar model for the given dataset." << std::endl;
            break;
        }

        pcl::ExtractIndices<pcl::PointXYZ> extract;
        extract.setInputCloud(cloud_filtered);
        extract.setIndices(inliers);
        extract.setNegative(false);

        // Get the points associated with the planar surface
        extract.filter(*cloud_plane);  // [平面
        std::cout << "PointCloud representing the planar component: " << cloud_plane->points.size() << " data points." << std::endl;

        //  // 移去平面局内点,提取剩余点云
        extract.setNegative(true);
        extract.filter(*cloud_f);
        *cloud_filtered = *cloud_f;
    }


    // 创建KdTree对象用于欧式聚类的搜索
    pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>::Ptr tree(new pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>);
    tree->setInputCloud(cloud_filtered);

    std::vector<pcl::PointIndices> cluster_indices;
    pcl::EuclideanClusterExtraction<pcl::PointXYZ> ec;  // 欧式聚类对象
    ec.setClusterTolerance(0.02);                       // 设置聚类容差为2cm
    ec.setMinClusterSize(100);                          // 设置一个聚类的最小点数为100
    ec.setMaxClusterSize(25000);                        // 设置一个聚类的最大点数为25000
    ec.setSearchMethod(tree);                           // 设置搜索方法
    ec.setInputCloud(cloud_filtered);
    ec.extract(cluster_indices);  // 从点云中提取聚类

    // 迭代聚类索引并创建每个聚类的点云
    for (std::vector<pcl::PointIndices>::const_iterator it = cluster_indices.begin(); it != cluster_indices.end(); ++it)
    {
        pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud_cluster(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
        for (std::vector<int>::const_iterator pit = it->indices.begin(); pit != it->indices.end(); ++pit)
            cloud_cluster->points.push_back(cloud_filtered->points[*pit]);

        cloud_cluster->width = cloud_cluster->points.size();
        cloud_cluster->height = 1;
        cloud_cluster->is_dense = true;

        clustered_clouds.push_back(cloud_cluster);
    }

    return clustered_clouds;
}

原始点云

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聚类后得到五个点云

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### PCL欧式聚类算法原理 #### 定义与目标 欧式聚类是一种基于距离度量的空间数据分组方法。该技术旨在通过计算点之间的欧氏距离来识别并分离不同物体或结构所对应的点集[^1]。 #### 实现机制 在 Point Cloud Library (PCL) 库中,`pcl::EuclideanClusterExtraction` 类用于执行欧式聚类操作。此过程涉及几个重要参数设置: - **集群容忍度 (`setClusterTolerance`)** 集群间最大允许的距离阈值设定为 `0.02` 米(即 2 厘米),意味着当两个点间的直线距离小于等于这个数值时,则认为它们属于同一簇[^2]。 - **最小/最大集群大小 (`setMinClusterSize`, `setMaxClusterSize`)** 设定了每个有效集群至少应包含多少个点以及最多可以有多少个点。例如,在给定的例子中,规定每一群体最少要有 100 个成员而上限是 25,000 个点。 #### 数据处理流程 为了有效地找到符合条件的邻近点集合,通常会先构建一种称为KDTree的数据结构作为搜索策略的一部分(`setSearchMethod`). KDTree能够加速最近邻居查询的速度,从而提高整个聚类效率[^3]. 一旦上述准备工作完成,调用 `extract()` 方法即可启动实际的聚类分析工作,并最终返回一系列由 `std::vector<pcl::PointIndices>` 表达的结果对象——其中每一个都代表了一个独立检测到的目标实体在其原始输入云中的位置索引列表. ```cpp // 初始化变量存储结果 std::vector<pcl::PointIndices> cluster_indices; // 创建欧式分割器实例 pcl::EuclideanClusterExtraction<pcl::PointXYZ> ec; ec.setClusterTolerance(0.02); // 设置集群间距阈值为2厘米 ec.setMinClusterSize(100); // 至少有100个点才能构成一个有效的群体 ec.setMaxClusterSize(25000); // 单一集群内至多容纳25000个点 ec.setSearchMethod(tree); // 使用预先建立好的空间划分树来进行快速查找 ec.setInputCloud(cloud_filtered); // 输入待处理过滤后的点云数据 ec.extract(cluster_indices); // 开始提取满足条件的各个子集 ```
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