点云去噪滤波

点云数据常含有噪声,需要滤波处理。PCL库提供了多种滤波方法,如直通滤波器、体素滤波器、统计滤波器等。直通滤波器根据点属性设置范围进行过滤;体素滤波器通过降采样保留几何结构;统计滤波器用于去除离群点。此外,还有半径滤波、条件滤波、高斯滤波和双边滤波等,用于去噪和平滑。点云滤波在自动驾驶、3D重建等领域具有重要作用。

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点云需要滤波的原因:

原始点云数据往往包含大量散列点、孤立点,在获取点云数据时 ,由于设备精度,操作者经验环

境因素带来的影响,以及电磁波的衍射性,被测物体表面性质变化和数据拼接配准操作过程的影

响,点云数据中讲不可避免的出现一些噪声,而且采样的分辨率也不同。

PCL中点云滤波方案

PCL中总结了几种需要进行点云滤波处理的情况,这几种情况分别如下:

      点云数据密度不规则需要平滑。
      因为遮挡等问题造成离群点需要去除。
      大量数据需要进行下采样(Downsample)
      噪声数据需要去除。

对应的方法如下:

    按具体给定的规则限制过滤去除点。
    通过常用滤波算法修改点的部分属性。
    对数据进行下采样。

点云过滤的作用:1、系统噪声的自动去除,

                           2、感兴趣区域的自动分割提取,(直通滤波器)

                             3、关键部位自动检测提取(在提供上述感兴趣区域的基础上,就可以针对不同的检测项,进行精确的关键部位的定位与检测。结合利用平面、圆柱、直线、边缘检测等技术,就可以解决相应的应用问题。例如自动化计算螺栓之间的中心距,自动计算手机音量健部位的关键尺寸,平面度检测中自动化对平面进行检测,外尺寸检测输出等)。

点云去噪滤波的种类:

PCL库:

PCL中filters模块

    pcl::PassThrought<pcl::PointXYZ> pass; 直通滤波器
    pcl::VoxelGrid< pcl::PointXYZ > vox;体素滤波器
    pcl::StatisticalOutlierRemoval<pcl::PointXYZ> sor;统计滤波器
    pcl::RadiusOutlierRemoval<pcl::PointXYZ> rador;半径滤波器
    pcl::UniformSamplinq<pcl::PointXYz> unisam;均匀采样
    pcl::ConditionalRemoval<pcl::PointXYZ> condr;条件滤波器
    pcl::ProjectInliers<pcl::PointXYZ> proj;投影滤波器
    pcl::ModelOutlierRemoval<pcl::PointXYZ> modr;模型滤波器
    pcl::BilateralFilter<pcl::PointXYZ> bf:双边滤波
    pcl::filters::GaussianKernal<PointInT,PointOutT>高斯滤
    pcl::ExtractIndices<pcl::PointxYz> extr;索引提取
    空间裁剪滤波
        pcl::Clipper3D<pcl::PointXYZ>
        pcl::BoxCliper3D<pcl::PointXYZ>
        pcl::CropBox<pcl::PointXYZ>
        pcl::CropHull<pcl::PointXYZ>     

1、直通滤波器

直通滤波器就是根据点云的属性在点的属性上设置范围,对点进行滤波,保留范围内的或保留范围外的。

  1. 指定一个维度以及该维度下的值域
  2. 遍历点云中的每个点,判断该点在指定维度上的取值是否在值域内,删除取值不在值域内的点
  3. 遍历结束,留下的点即构成滤波后的点云

2、体素滤波器(下采样)

体素滤波器可以达到向下采样同时不破坏点云本身几何结构的功能,但是会移动点的位置。 此外体素滤波器可以去除一定程度的噪音点及离群点。主要功能是用来进行降采样。
它的原理是根据输入的点云,首先

### 双边滤波点云中的工作原理 双边滤波作为一种非线性滤波技术,不仅可以在图像处理领域实现良好的边缘保持和平滑效果,在三维点云数据处理方面同样表现出色。具体到点云的应用场景中,双边滤波通过综合考虑空间位置差异以及反射强度或颜色等属性值之间的差距来决定权重系数,以此完成对目标点及其邻域内其他点之间相互影响程度的量化计算。 #### 保边特性 当应用于点云时,这种机制允许算法有效地识别并保留物体表面的真实边界信息,即使是在存在复杂结构的情况下也能较好地维持原始形状特征而不被模糊化[^2]。 #### 权重函数构建 为了达成上述目的,通常会定义两个独立但又彼此关联的空间距离项和范围相似度项作为加权因子的一部分: - **空间距离项**:衡量待处理点与其周围邻居间的欧几里得距离; - **范围相似度项**:评估这些点对应的颜色/灰度级或其他物理量(比如激光回波强度)上的接近程度; 最终形成的复合型高斯核将两者结合起来用于指导每一个输出像素的新数值选取过程[^1]。 ```python import numpy as np from scipy.spatial import KDTree def bilateral_filter(point_cloud, spatial_sigma=0.5, range_sigma=0.1): tree = KDTree(point_cloud[:, :3]) # 构建KD树加速最近邻查找 filtered_points = [] for i in range(len(point_cloud)): query_point = point_cloud[i][:3] # 查找一定半径内的临近点 indices = tree.query_ball_point(query_point, r=spatial_sigma * 3) neighbors = point_cloud[indices] weights = [] for neighbor in neighbors: distance_diff = np.linalg.norm(neighbor[:3] - query_point) intensity_diff = abs(neighbor[-1] - point_cloud[i][-1]) weight = np.exp(-distance_diff**2 / (2*spatial_sigma**2)) \ * np.exp(-intensity_diff**2 / (2*range_sigma**2)) weights.append(weight) total_weight = sum(weights) new_position = np.average(neighbors[:,:3], axis=0, weights=weights) if total_weight != 0 else query_point filtered_points.append(np.concatenate((new_position, [np.average([p[-1] for p in neighbors], weights=weights)]))) return np.array(filtered_points) ``` 此代码片段展示了如何基于Python实现简单的双边滤波器来进行点云操作。注意这里假设输入是一个N×4矩阵形式表示的带强度信息的XYZI格式点集[^5]。
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