DBSCAN聚类point cloud

本文介绍了一种处理大规模三维点云数据的DBSCAN聚类算法实现。该实现利用了PCL库中的Octree和KdTree进行邻域搜索以提高效率。通过设置邻域距离和邻域内最少点数等参数,可以有效地识别出核心点、边界点及噪声点。

之前找到的很多DBSCAN代码都是处理二维点的,而且点的数量比较小,这个是处理三维点的,由于点的数量比较大,所以加入了pcl中的octree、kdtree,用来做邻域搜索,提升代码速度。

代码如下:

#include "stdafx.h"

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/octree/octree.h>
#include <pcl/kdtree/kdtree_flann.h>

using namespace std;

float eps = 0.5;//邻域距离
int min_pets = 5;//邻域内最少点

class point
{
public:
	float x;
	float y;
	float z;
	int visited = 0;
	int pointtype = 1;//1噪声,2边界点,3核心点
	int cluster = 0;
	vector<int> corepts;//存储邻域内点的索引
	point() {}
	point(float a, float b, float c)
	{
		x = a;
		y = b;
		z = c;
	}
};
vector<point> corecloud;//构建核心点集
vector<point> allcloud;
float distance(point a, point b) {
	return sqrt((a.x - b.x)*(a.x - b.x) + (a.y - b.y)*(a.y - b.y) + (a.z - b.z)*(a.z - b.z));
}

int main(int argc, char** argv)
{
	pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);//初始化点云
	pcl::io::loadPCDFile<pcl::PointXYZ>("xyz3.pcd", *cloud);//加载pcd点云并放入cloud中
	float resolution = 0.5f;//最低一级octree的最小体素的尺寸
	pcl::octree::OctreePointCloudSearch<pcl::PointXYZ> octree(resolution);//初始化octree
	octree.setInputCloud(cloud);
	octree.addPointsFromInputCloud();

	size_t len = cloud->points.size();
	for (size_t i = 0; i < len; i++)
	{
		point pt = point(cloud->points[i].x, cloud->points[i].y, cloud->points[i].z);
		allcloud.push_back(pt);
	}
	//将核心点放在corecloud中,改变allcloud中的pointtype的值
	for (size_t i = 0; i < len; i++)
	{
		vector<int> radiussearch;//存放点的索引
		vector<float> radiusdistance;//存放点的距离平方
		octree.radiusSearch(cloud->points[i], eps, radiussearch, radiusdistance);//八叉树的邻域搜索
		if (radiussearch.size() > min_pets)
			allcloud[i].pointtype = 3;
		corecloud.push_back(allcloud[i]);
	}
	pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr corecloud1(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
	corecloud1->points.resize(corecloud.size());
	for (int i = 0; i < corecloud.size(); i++) {
		corecloud1->points[i].x = corecloud[i].x;
		corecloud1->points[i].y = corecloud[i].y;
		corecloud1->points[i].z = corecloud[i].z;
	}
	pcl::KdTreeFLANN<pcl::PointXYZ> kdtree;
	kdtree.setInputCloud(corecloud1);

	for (int i = 0; i<corecloud.size(); i++) {
		vector<int> pointIdxNKNSearch;//存放点的索引
		vector<float> pointRadiusSquaredDistance;//存放点的距离平方
		octree.radiusSearch(corecloud1->points[i], eps, pointIdxNKNSearch, pointRadiusSquaredDistance);//八叉树的邻域搜索		
		for (int j = 0; j < pointIdxNKNSearch.size(); j++) {
			corecloud[i].corepts.push_back(pointIdxNKNSearch[j]);
		}
	}
	//将所有核心点根据是否密度可达归类,改变核心点cluster的值
	int outcluster = 0;
	for (int i = 0; i<corecloud.size(); i++) {
		stack<point*> ps;
		if (corecloud[i].visited == 1) continue;
		outcluster++;
		corecloud[i].cluster = outcluster;
		ps.push(&corecloud[i]);
		point *v;
		//将密度可达的核心点归为一类
		while (!ps.empty()) {
			v = ps.top();
			v->visited = 1;
			ps.pop();
			for (int j = 0; j<v->corepts.size(); j++) {
				if (corecloud[v->corepts[j]].visited == 1) continue;
				corecloud[v->corepts[j]].cluster = corecloud[i].cluster;
				corecloud[v->corepts[j]].visited = 1;
				ps.push(&corecloud[v->corepts[j]]);
			}
		}
	}
	//找出所有的边界点,噪声点,对边界点分类,更改其cluster
	for (int i = 0; i<len; i++) {
		if (allcloud[i].pointtype == 3) continue;
		for (int j = 0; j<corecloud.size(); j++) {
			if (distance(allcloud[i], corecloud[j])<eps) {
				allcloud[i].pointtype = 2;
				allcloud[i].cluster = corecloud[j].cluster;
				break;
			}
		}
	}
	for (int i = 0; i < len; i++)
	{
		if (allcloud[i].pointtype == 1)
			allcloud[i].cluster = 0;
	}
	//输出边界点和噪声点
	char newFileName[256] = { 0 };
	char indexStr[16] = { 0 };
	strcat(newFileName, "border_noise");
	strcat(newFileName, ".txt");
	ofstream outFile(newFileName, ios_base::out);
	for (size_t j = 0; j < len; ++j)
	{
		if (allcloud[j].pointtype != 3)
			outFile << allcloud[j].x << "\t" << allcloud[j].y << "\t" << allcloud[j].z << "\t" << allcloud[j].cluster << endl;
	}
	//输出核心点集
	char newFileName1[256] = { 0 };
	char indexStr1[16] = { 0 };
	strcat(newFileName1, "corepoint");
	strcat(newFileName1, ".txt");
	ofstream outFile1(newFileName1, ios_base::out);
	for (size_t j = 0; j < corecloud.size(); j++)
	{
		outFile1 << corecloud[j].x << "\t" << corecloud[j].y << "\t" << corecloud[j].z << "\t" << corecloud[j].cluster << endl;
	}
}


### 使用PCL库实现DBSCAN聚类 #### 1. PCL中的DBSCAN简介 Point Cloud Library (PCL) 是一个开源的计算机视觉和机器人技术库,提供了丰富的工具来处理三维点云数据。其中,DBSCAN作为一种基于密度的空间聚类方法,在PCL中有专门的支持模块用于执行点云数据的聚类操作[^1]。 在PCL中,可以通过`pcl::EuclideanClusterExtraction`或其他自定义函数完成DBSCAN聚类的任务。然而,对于更灵活的应用场景,可以手动编写DBSCAN逻辑并调用PCL的相关功能支持,例如距离计算、邻域查询等功能[^2]。 --- #### 2. 基于PCL的DBSCAN实现流程 以下是使用PCL库进行DBSCAN聚类的一个典型实现过程: - **加载点云文件**:读取存储的点云数据。 - **设置参数**:指定DBSCAN的核心参数 `eps` 和 `minPts`。 - **构建K-D树**:利用PCL内置的数据结构加速最近邻搜索。 - **执行聚类**:遍历点云并对满足条件的点分组到同一簇中。 --- #### 3. 示例代码 下面是一个完整的C++程序示例,展示如何使用PCL库对点云数据进行DBSCAN聚类: ```cpp #include <iostream> #include <pcl/point_cloud.h> #include <pcl/kdtree/kdtree_flann.h> #include <pcl/io/pcd_io.h> typedef pcl::PointXYZ PointT; void dbscan(const pcl::PointCloud<PointT>::Ptr& cloud, double eps, int minPts, std::vector<std::vector<int>>& clusters) { // 创建KDTree对象以提高查找效率 pcl::search::KdTree<PointT> kdtree; kdtree.setInputCloud(cloud); // 初始化标记数组 std::vector<bool> visited(cloud->size(), false); std::vector<int> cluster_indices; for (int i = 0; i < static_cast<int>(cloud->size()); ++i) { if (!visited[i]) { // 查询当前点的邻居数量 std::vector<int> neighbors; std::vector<float> distances; kdtree.radiusSearch((*cloud)[i], eps, neighbors, distances); if (neighbors.size() >= minPts) { // 找到了核心点 cluster_indices.clear(); expandCluster(i, cloud, &kdtree, eps, minPts, visited, cluster_indices); clusters.push_back(cluster_indices); } } } } // 辅助函数:扩展集群 bool expandCluster(int index, const pcl::PointCloud<PointT>::Ptr& cloud, pcl::search::KdTree<PointT>* tree, double eps, int minPts, std::vector<bool>& visited, std::vector<int>& cluster_indices) { std::queue<int> seeds; seeds.push(index); visited[index] = true; while (!seeds.empty()) { int current_point_idx = seeds.front(); seeds.pop(); cluster_indices.push_back(current_point_idx); // 查找当前点周围的邻居 std::vector<int> neighbors; std::vector<float> distances; tree->radiusSearch((*cloud)[current_point_idx], eps, neighbors, distances); if (neighbors.size() >= minPts) { // 如果是核心点,则继续寻找种子 for (const auto& neighbor : neighbors) { if (!visited[neighbor]) { visited[neighbor] = true; seeds.push(neighbor); } } } } return !cluster_indices.empty(); // 成功找到至少一个有效点集 } int main() { pcl::PointCloud<PointT>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<PointT>); if (pcl::io::loadPCDFile<pcl::PointXYZ>("input.pcd", *cloud) == -1) { std::cerr << "Could not read the input point cloud file." << std::endl; return -1; } double eps = 0.8; // 邻域半径 int minPts = 10; // 最少点数阈值 std::vector<std::vector<int>> clusters; dbscan(cloud, eps, minPts, clusters); std::cout << "Number of clusters found: " << clusters.size() << std::endl; return 0; } ``` 此代码实现了基本的DBSCAN算法,并针对PCL的特点进行了优化。它通过K-D Tree提高了空间查询性能,适用于大规模点云数据的高效处理[^2]。 --- #### 4. 参数说明 - **Eps**: 定义了两个点之间的最大欧几里得距离,如果两点间的距离小于等于该值则认为它们属于同一个簇。 - **MinPts**: 表示形成密集区域所需的最少点的数量。只有当某个点周围存在不少于 MinPts 的其他点时,才将其视为核心点的一部分。 --- #### 5. 进一步改进方向 为了提升效果或者适应特定需求,可以从以下几个方面入手: - 对原始点云进行降采样预处理; - 结合法线估计等几何特性增强分类依据; - 将结果可视化以便直观观察聚类成果。 ---
评论 11
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值