VoxelGrid体素滤波实现

博客展示了如何用更简洁的代码实现体素滤波,将原本复杂的点云处理算法优化,减少代码行数,提高效率。通过创建三维体素网格并计算每个体素的质心来过滤输入点云。

原理
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

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实现

/**
 * @description:			体素滤波
 * @param cloud				输入点云
 * @param cloud_filtered	滤波点云
 * @param leafsize			体素大小
 */
void voxelgrid(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr& cloud, pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr& cloud_filtered, float leafsize)
{
	pcl::PointXYZ minPt, maxPt;
	pcl::getMinMax3D(*cloud, minPt, maxPt);
	float lx = maxPt.x - minPt.x;
	float ly = maxPt.y - minPt.y;
	float lz = maxPt.z - minPt.z;
	int nx = lx / leafsize + 1;
	int ny = ly / leafsize + 1;
	int nz = lz / leafsize + 1;

    std::vector<std::pair<int,int>> v;
	for (size_t i = 0; i < cloud->points.size(); i++)
	{
		int ix = (cloud->points[i].x - minPt.x) / leafsize;
		int iy = (cloud->points[i].y - minPt.y) / leafsize;
		int iz = (cloud->points[i].z - minPt.z) / leafsize;
		v.push_back(std::pair<int, int>{ix + iy*nx + iz*nx*ny, i});
	}

    std::sort(v.begin(), v.end(), [](std::pair<int, int> p1, std::pair<int, int>p2) {return p1.first < p2.first; });

	int start = 0;
    std::vector<int> point_id;
	pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr ptcloud;
	Eigen::Vector4f centroid;
	for (int i = start; i < v.size() - 1; ++i)
	{
		if (v[i].first != v[i + 1].first)
		{
			for (int id = start; id <= i; ++id)	point_id.push_back(v[i].second);
			ptcloud.reset(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
			pcl::copyPointCloud(*cloud, point_id, *ptcloud);
			pcl::compute3DCentroid(*ptcloud, centroid);
			cloud_filtered->push_back(pcl::PointXYZ(centroid[0], centroid[1], centroid[2]));
			start = i + 1;
			point_id.clear();
		}
		else if (v[i].first == v[v.size() - 1].first)
		{
			point_id.push_back(v[i].second);
		}
	}
	ptcloud.reset(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
	pcl::copyPointCloud(*cloud, point_id, *ptcloud);
	pcl::compute3DCentroid(*ptcloud, centroid);
	cloud_filtered->push_back(pcl::PointXYZ(centroid[0], centroid[1], centroid[2]));
}

今天看了下之前写的代码,什么玩意真的那么复杂,明明不到30行就能实现:

/**
 * @description:			体素滤波
 * @param cloud				输入点云
 * @param cloud_filtered	滤波点云
 * @param leafsize			体素大小
 */
void voxelgrid(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr& cloud, pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr& cloud_filtered, float leafsize)
{
	pcl::PointXYZ minPt, maxPt;
	pcl::getMinMax3D(*cloud, minPt, maxPt);
	float lx = maxPt.x - minPt.x;
	float ly = maxPt.y - minPt.y;
	float lz = maxPt.z - minPt.z;
	int nx = lx / leafsize + 1;
	int ny = ly / leafsize + 1;
	int nz = lz / leafsize + 1;

	std::vector<pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>> v(nx * ny * nz);
	for (size_t i = 0; i < cloud->points.size(); i++)
	{
		int ix = (cloud->points[i].x - minPt.x) / leafsize;
		int iy = (cloud->points[i].y - minPt.y) / leafsize;
		int iz = (cloud->points[i].z - minPt.z) / leafsize;
		v[ix + iy * nx + iz * nx * ny].push_back(cloud->points[i]);
	}

	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		if (v[i].size())
		{
			Eigen::Vector4f centroid;
			pcl::compute3DCentroid(v[i], centroid);
			cloud_filtered->push_back(pcl::PointXYZ(centroid.x(), centroid.y(), centroid.z()));
		}
	}
}

代码传送门:https://github.com/taifyang/PCL-algorithm

点云数据滤波是一种常用的点云数据处理技术,在点云处理中有着重要的应用。 ### 原理 滤波,也称为栅格化或下采样,其基本原理是将三维空间划分为一系列固定大小的立方(即),然后对每个内的点云数据进行处理。具步骤如下: 1. **划分**:根据设定的分辨率(大小),将三维空间划分为一个个小的立方,每个立方就是一个。 2. **点云分配**:将原始点云数据中的每个点分配到对应的中。 3. **数据简化**:对于每个内部的点,可以选择不同的策略来表示该。常见的方法包括取所有点的平均值、选取内离中心最近的点、随机选择内的一个点。 4. **输出简化后的点云**:最后,将所有代表点组合起来,形成简化后的点云数据[^2]。 ### 实现方法 在Python中,可以使用`pclpy`库实现点云滤波,示例代码如下: ```python import pclpy from pclpy import pcl import numpy as np # 读取点云 cloud = pclpy.read_pc2("cloud.pcd") # 定义大小 voxel_size = 0.05 # 进行滤波 vox = cloud.make_voxel_grid_filter() vox.set_leaf_size(voxel_size, voxel_size, voxel_size) cloud_filtered = vox.filter() # 显示结果 pclpy.show_cloud(cloud_filtered) ``` 上述代码首先读取点云数据,然后定义大小,接着创建滤波对象并设置大小,最后进行滤波并显示结果[^4]。 ### 应用场景 滤波广泛应用于各种基于点云数据的SLAM算法中,特别是在处理大规模、高密度的点云数据时,其优势尤为明显。例如,在自动驾驶汽车、无人机导航、室内机器人导航等领域,滤波都是一个非常有用的工具。此外,在目标识别、环境建模等领域,改进的滤波方法在平滑点云的同时,能更好地保留原始数据的细微结构,从而提高点云处理的准确性和可靠性[^1][^2]。 ### 优势与劣势 滤波的优势在于显著减少了点云数据的数量,有助于提高后续处理的速度和效率;通过平均或者其他方法处理内的点,可以在一定程度上去除噪声;虽然减少了点的数量,但是由于采用了合理的下采样策略,所以仍然能够较好地保留点云的主要结构和特征。不过,滤波可能丢失细节信息,对点云的精度有影响[^2][^3]。
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