点云滤波处理(使用CloudCompare软件)

最近研究了一下点云滤波的功能，所以写一篇笔记记录一下。

一、点云滤波的意义

在我们获取点云的时候，总会由于设备精度的限制、操作人员的人为因素和环境条件因素等带来的影响，以及电磁波衍射特性和数据进行拼接配准操作过程的影响，点云数据总会产生一些我们意想不到的噪声点。在点云处理流程中滤波处理作为预处理的第一步，往往对后续处理的影响很大，因此只有在滤波预处理中将噪声点、离群点等等按照后续处理定制，才能更好的进行配准、特征提取、曲面重建和可视化等后续的处理。

·而在PCL中总结了集中需要进行点云滤波处理的情况，这几种情况分别是：
(1)点云数据密度不规则需要平滑。
(2)因为遮挡等问题造成离群点需要去除。
(3)大量数据需要进行“下采样”(Downsample)。
(4)噪声数据需要去除。
·对应的解决方法是：
(1)按具体给定的规则限制过滤去除点。
(2)通过常用滤波算法修改点的部分属性。
(3)对数据进行下采样。

说了这么多，接下来就使用CloudCompare软件来进行简单的滤波处理。

二、梯度滤波(Gradient)算法

因为在CloudCompare软件中，我并没有找到现成的功能(指点击一下就自行处理)，所以我是用CC中的几个小功能结合在一起才能达到滤波的效果。
1、打开软件，加载数据。

2、为该数据添加Scalar标量字段，像CC中的这种标量字段以我现在的理解它和Aicgis中属性表的字段应该一样，都是可以表示对象的某种属性值，本次实验是把点云的z坐标值作为它的一个scalar。

3、点击Gradient功能按钮，CC会根据当前的scalar字段计算出一个Gradient字段。

这一步是在问我们是否要按照欧式距离来计算得出Gradient字段，这里我选择了是，因为当前字段是点云实体的高程字段。

此时该字段的值表示的是两个相邻点之间的倾斜度。
4、得到了Gradient字段之后，我们可以利用梯度的值对原始数据进行简单的过滤。

5、选择要过滤的点的Gradient值得范围，点击Split即可。

6、实现的效果
过滤掉的点云部分：

最终效果：

三、CSF(Cloth Simulation Filter)过滤算法

该方法相较于之前的操作步骤相对而言简单了很多，其原理也非常的巧妙：是将扫描得到的点云进行倒置，然后用一种刚性布料覆盖翻转后的点云。通过分析布料节点与相应点云中的点之间的相互作用，可以确定布料节点的位置用以生成近似的地表形状，最后，再通过比较原始点云中的点和生成的布料曲面之间的距离，实现从点云中提取地面点。

具体操作步骤如下：
1、打开软件，加载数据(同上)。
2、选中点云对象，点击cc中“plugin”中的“CSF filter”。

3、设置CSF方法的参数。


图中：Cloth resolution：是指用于覆盖地形的布的网格大小(单位与点云的单位相同)。你设置的布分辨率越大，你得到的DTM就越粗糙；Max iterations：是指地形仿真的最大迭代次数。500对大多数场景来说都足够了。Classification threshold：是指根据点与模拟地形之间的距离，将点云划分为地面和非地面部分的阈值。0.5适用于大多数场景。
4、点击“OK”即可，处理效果如下：
过滤掉的点云部分：

最终效果：

从二和三中的处理效果可以发现，虽然二中的Gradient算法可以去除了很多草的主干部分，但是仍有一部分的残余的点云漂浮在地面之上；三中的CSF算法则可以去除草的上半部分，而对草的根部去除的效果并不理想。所以我就结合两种方法，先使用Gradient算法进行了第一次过滤，然后又使用了CC中的CSF过滤方法对数据进行了第二次过滤，处理的效果如下所示：

四、Bilateral滤波算法

双边滤波算法是通过考虑中心像素点到邻域像素点的距离(一边)以及像素亮度差值所确定的权重(另一边)来修正当前采样中心点的位置，从而达到平滑滤波效果。同时也会有选择性的剔除部分与当前采样点“差异”太大的相邻采样点 ，从而达到保持原特征的目的。

将三中最后处理的结果作为本次实验的对象。
1、选择要进行滤波处理的点云对象，并把当前的scalar设置为Coord.z，点击“Edit”——“Scalar Field”——“Bilateral Filter”算法。

2、设置参数。

图中：Spatial sigma：是指空间标准差，也就是定义中所提到的“中心像素点到邻域像素点的距离”的标准差。Scalar sigma：标量标准差，也就是指定义中的“像素亮度差值所确定的权重”的标准差。
3、点击“OK”即可生成Bilateral标量字段。

4、然后将Bilateral字段设置为原点云数据的Z坐标值即可。

最后效果：

同理，Gaussian过滤方法也可以通过上述的操作过程得以实现。