技术标签: python 聚类算法 点云处理 open3d 点云分割 # open3d
所谓的索引滤波压根就不是滤波,只是根据索引,将点选出而已,总共有两种选取方法,一是选取索引对应的点;二是选取索引之外的点。
import open3d as o3d
import numpy as np
pcd = o3d.io.read_point_cloud("rabbit.pcd")
idx = np.arange(10000)
# 索引对应的点
pIn = pcd.select_by_index(idx)
pIn.paint_uniform_color([1, 0, 0])
# 索引外的点云
pOut = pcd.select_by_index(idx, invert=True)
pOut.paint_uniform_color([0, 1, 0])
o3d.visualization.draw_geometries([pIn, pOut])
效果为
这两中滤波方法都是先得到符合要求的点索引,然后通过索引滤波,将这些点挑选出来,输出输出为滤波后的点云和点的索引号。
# 上接索引滤波的内容
pcd1 = copy.deepcopy(pcd).translate((20, 0, 0))
# 统计滤波,参数分别表示K邻域点的个数和标准差乘数
sPcd, sInd = pcd1.remove_statistical_outlier(6, 2.0)
pcd2 = copy.deepcopy(pcd).translate((40, 0, 0))
# 半径滤波,输入参数为邻域球内最少点数和邻域半径
rPcd, rInd = pcd2.remove_radius_outlier(9, 0. )
o3d.visualization.draw_geometries([sPcd, rPcd])
效果如下
这两种算法的逻辑是一样的,对于某点 x x x,选取距离 x x x最近的一些点,如果这些点的标准差小于设定值,则符合统计滤波的标准;如果均小于邻域半径,则符合半径滤波的标准。
体素滤波则会为点云构建三维体素格网,然后输出格网内的点云质心,所以这种滤波方式没有索引号的概念,其输入参数为体素尺寸。
downpcd = pcd.voxel_down_sample(20)
DBSCAN,即Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,基于密度的噪声应用空间聚类。
在DBSCAN算法中,将数据点分为三类:
可见,DBSCAN算法需要两个参数,分别是邻域半径 ε \varepsilon ε和点数 M M M。
在open3d
中,提供了cluster_dbscan
接口,
import open3d as o3d
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
pcd = o3d.io.read_point_cloud("rabbit.pcd")
eps = 0.5 # 同一聚类中最大点间距
M = 50 # 有效聚类的最小点数
Labels = np.array(pcd.cluster_dbscan(eps, M))
print(np.max(Labels)) # 得到结果为3
cs = plt.get_cmap("jet")(Labels/3) # 伪彩映射
cs[labels < 0] = 0 # labels = -1 的簇为噪声,以黑色显示
pcd.colors = o3d.utility.Vector3dVector(cs[:, :3])
o3d.visualization.draw_geometries([pcd])
结果如图所示
RANSAC,即RANdom SAmple Consensus
,随机抽样一致算法。
以平面上的点集举例,假设点集中有一条直线 L L L, L L L外的点很少,均为噪声。
那么第一步,随机选取两个点连成一条直线 L ^ \hat L L^,那么这条直线有可能就是 L L L,也有可能是噪声连出来的莫名其妙的一条线。
接下来,随机抽取点集中的一些点,如果随机抽取的大部分点都落在 L L L附近,那么就说明 L ^ \hat L L^有很大的概率就是 L L L;否则说明不太像是 L L L。随着抽取出的直线越来越多,最后可以得到最接近 L L L的直线,从而完成了对点集的分割。
在Open3d中,提供了基于RANSAC算法的平面分割接口segment_plane
pcd = o3d.io.read_point_cloud("rabbit.pcd")
d = 0.2 # 内点到平面模型的最大距离
n = 5 # 用于拟合平面的采样点数
nIter = 50 # 最大迭代次数
# 返回模型系数plane和内点索引ids,并赋值
plane, ids = pcd.segment_plane(d, n, nIter)
# 平面方程
[a, b, c, d] = plane
# 平面内点点云
iCloud = pcd.select_by_index(ids)
iCloud.paint_uniform_color([0, 0, 1.0])
# 平面外点点云
oCloud = pcd.select_by_index(ids, invert=True)
oCloud.paint_uniform_color([1.0, 0, 0])
# 可视化平面分割结果
o3d.visualization.draw_geometries([iCloud, oCloud])
最后得到的结果为
本来以为平面会出现在兔子的底座上,没想到最后兔子被一分为二了……
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