VFH算法计算特征描述子

目录

1 原理介绍

2 数学公式推导

3 算法流程

4 示例代码

        VFH(Viewpoint Feature Histogram)是一种3D点云特征描述子,主要用于对象识别和姿态估计。它通过结合点云的几何和方向信息,形成一种全局描述子,能够有效地描述对象的整体形状。

1 原理介绍

        VFH的基本思想是结合局部法向量和点与质心之间的方向关系来形成一个全局性的描述子。它将这些信息组合成一个直方图,通过直方图的分布来捕捉对象的特征。

2 数学公式推导

VFH描述子的构建过程包括以下几个步骤:

  1. 法向量计算

    • 计算每个点的法向量,这些法向量在后续的计算中用于描述点云的局部几何特性。
  2. 质心计算

    • 计算整个点云的质心。
  3. 角度特征计算

    • 对于每个点,计算其法向量与质心连线之间的夹角。
    • 计算法向量之间的夹角。
  4. 直方图生成

下面是一个使用PCLVFH算法加汉明特征匹配的简单示例代码: ```cpp #include <iostream> #include <pcl/io/pcd_io.h> #include <pcl/point_types.h> #include <pcl/features/vfh.h> #include <pcl/features/normal_3d.h> #include <pcl/registration/correspondence_estimation.h> #include <pcl/registration/correspondence_rejection_sample_consensus.h> #include <pcl/registration/transformation_estimation_svd.h> int main(int argc, char** argv) { // 加载点云数据 pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud_source(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>); pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud_target(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>); pcl::io::loadPCDFile("source.pcd", *cloud_source); pcl::io::loadPCDFile("target.pcd", *cloud_target); // 计算法向量 pcl::NormalEstimation<pcl::PointXYZ, pcl::Normal> ne; ne.setInputCloud(cloud_source); pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>::Ptr tree(new pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>()); ne.setSearchMethod(tree); pcl::PointCloud<pcl::Normal>::Ptr normals_source(new pcl::PointCloud<pcl::Normal>); ne.setRadiusSearch(0.03); ne.compute(*normals_source); ne.setInputCloud(cloud_target); pcl::PointCloud<pcl::Normal>::Ptr normals_target(new pcl::PointCloud<pcl::Normal>); ne.compute(*normals_target); // 计算VFH描述 pcl::VFHEstimation<pcl::PointXYZ, pcl::Normal, pcl::VFHSignature308> vfh; vfh.setInputCloud(cloud_source); vfh.setInputNormals(normals_source); pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>::Ptr vfhtree(new pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>()); vfh.setSearchMethod(vfhtree); pcl::PointCloud<pcl::VFHSignature308>::Ptr vfhs_source(new pcl::PointCloud<pcl::VFHSignature308>); vfh.compute(*vfhs_source); vfh.setInputCloud(cloud_target); vfh.setInputNormals(normals_target); pcl::PointCloud<pcl::VFHSignature308>::Ptr vfhs_target(new pcl::PointCloud<pcl::VFHSignature308>); vfh.compute(*vfhs_target); // 计算VFH描述的汉明距离 pcl::registration::CorrespondenceEstimation<pcl::VFHSignature308, pcl::VFHSignature308> est; est.setInputSource(vfhs_source); est.setInputTarget(vfhs_target); pcl::CorrespondencesPtr correspondences(new pcl::Correspondences()); est.determineCorrespondences(*correspondences); // 筛选和优化对应关系 pcl::registration::CorrespondenceRejectorSampleConsensus<pcl::PointXYZ> rejector; rejector.setInputSource(cloud_source); rejector.setInputTarget(cloud_target); rejector.setInlierThreshold(0.15); rejector.setMaximumIterations(10000); pcl::CorrespondencesPtr correspondences_filtered(new pcl::Correspondences()); rejector.getRemainingCorrespondences(*correspondences, *correspondences_filtered); // 计算变换矩阵 pcl::registration::TransformationEstimationSVD<pcl::PointXYZ, pcl::PointXYZ> estimation; pcl::registration::TransformationEstimationSVD<pcl::PointXYZ, pcl::PointXYZ>::Matrix4 transformation; estimation.estimateRigidTransformation(*cloud_source, *cloud_target, *correspondences_filtered, transformation); // 输出结果 std::cout << "Transformation matrix:" << std::endl; std::cout << transformation << std::endl; return 0; } ``` 该代码中,先加载了两个点云数据,然后计算了每个点的法向量和VFH描述。接着,使用pcl::registration::CorrespondenceEstimation类计算点云间的对应关系,并使用pcl::registration::CorrespondenceRejectorSampleConsensus类对对应关系进行筛选和优化,最后使用pcl::registration::TransformationEstimationSVD类计算点云间的变换矩阵。
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