点云系列之点云数据格式的认识

点云系列之点云数据格式的认识

---

一、常见的点云数据格式

参考链接
OFF - Object File Format
PLY - Polygon File Format also known as the Stanford Triangle Format
PTS - Laser scan data format
PTX - ASCII based interchange format for point cloud data
XYZ - Based on Cartesian coordinates
LAS/LAZ - The most common format for exchanging points clouds
中文翻译如下（百度翻译得，如不规范，请指正）
OFF-对象文件格式
PLY-多边形文件格式，也称为斯坦福三角格式
PTS-激光扫描数据格式
PTX-基于ASCII的点云数据交换格式
XYZ-基于笛卡尔坐标
LAS/LAZ-交换点云的最常用格式
参考来源：https://www.cnblogs.com/crayonsea/p/12819823.html
https://blog.csdn.net/u010451780/article/details/108071629

二、格式的具体介绍

2.1 off格式

off文件格式，主要使用多边形面元来表示一个物体的模型，常见的面元有三角形、四边形等等。下图为飞机的off文件格式的可视化。

off文件格式如下：
OFF 文件都是以关键字 OFF 开头的 ASCII 文件。
下一行表示顶点数、面数和边数。可以安全地忽略边的数量。
顶点以 x、y、z 坐标列出，每行写一个。
在顶点列表之后，将列出面，每行一个面。对于每个面，指定顶点数，后跟顶点列表中的索引（索引从0开始）。
对应的飞机模型的off文件内容如下图所示：

如果以上两图还不能理解，接下来给出官方的简单示例，可以自行对照，其中官方的例子是由四个点组成的四边形面元

2.2PLY格式

典型的 PLY 包括：(x,y,z)点、面元等基本元素，这与off文件是相似的，但与众不同的是PLY文件比off文件多了描述基本元素的“属性”，如颜色和法线方向等。
典型 PLY 文件的结构：

中文翻译如下：
抬头
顶点列表
面元列表
（其他元素列表）

只含点和面元的典型PLY文件格式，如下图所示：

2.1.1header的特别说明

header包括：关键字“format”和 ASCII 或二进制格式的规范，后跟版本号。接下来是多边形文件中每个元素的说明，每一个元素应遵循如下规范：

对于property需要了解两点：(1)可以采用官方规范属性和用户自定义属性(2)读取ply文件的程序中，如遇到“不认识”的属性时，可以丢弃。

2.1.2 带有额外属性的PLY

我们给出描述元素属性的PLY事例，发现此属性为颜色

2.3 PTS格式

pts文件是一个简单的文本文件，用于存储通常来自激光雷达扫描仪的点数据。

第一行记录点数。随后的每一行有 7 个值，前三个是点的 （x，y，z） 坐标，第四个是“强度”值，后三个是 （r，g，b） 颜色估计值。（r，g，b） 值的范围为 0 到 255（单个无符号字节）。强度值是该点表面反射的入射辐射比例的估计值，0表示非常差的返回，而255表示非常严重的返回。

2.4 PTX格式

（暂时直接粘贴，博主访问不了链接）
PTX 文件格式参考文档 https://sites.google.com/site/matterformscanner/learning-references/ptx-format

number of rows 
number of columns 
st1 st2 st3 ; scanner registered position 
sx1 sx2 sx3 ; scanner registered axis 'X' 
sy1 sy2 sy3 ; scanner registered axis 'Y' 
sz1 sz2 sz3 ; scanner registered axis 'Z' 
r11 r12 r13 0 ; transformation matrix 
r21 r22 r23 0 ; this is a simple rotation and translation 4x4 matrix 
r31 r32 r33 0 ; just apply to each point to get the transformed coordinate 
tr1 tr2 tr3 1 ; use double-precision variables 

翻译

行数
列数
第一阶段第二阶段第三阶段；扫描仪登记位置
sx1 sx2 sx3；扫描仪注册轴“X”
sy1 sy2 sy3；扫描仪注册轴“Y”
sz1、sz2、sz3；扫描仪注册轴“Z”
r11 r12 r13 0；变换矩阵
r21 r22 r23 0；这是一个简单的旋转和平移4x4矩阵
r31 r32 r33 0；只需应用于每个点即可获得变换后的坐标
tr1 tr2 tr3 1；使用双精度变量

PTX 文件中单个点的信息与 PTS 文件相同，相比之下，强度值 做了归一化处理。

PTX 是一种点云数据的交换格式，使用 ASCII 编码。它使用单独扫描的概念，将每个扫描点都定义在自己的坐标系中，然后将所有这些点"注册"到单个坐标系中。每个点的数据存储在它的原始坐标系中，点云的转换矩阵作为文件的标头信息提供。

2.5 XYZ 格式

XYZ 文件格式，是一种非标准化的文件格式。它基于笛卡尔坐标 (x, y, z)，以 ASCII 文本行形式传递数据。

虽然使用 XYZ 文件的程序之间具有广泛的兼容性，但是由于缺乏标准化的单元和规范，除非提供额外的信息，否则使用这种数据格式存在根本性的缺陷。

XYZ 的一种格式实例：XYZ format - MIT

X1,Y1,Z1,value
X2,Y2,Z2,value
X3,Y3,Z3,value
etc.

2.6 LAS/LAZ格式

LAS/LAZ 参考文档 https://www.usna.edu/Users/oceano/pguth/md_help/html/las_format.htm以下图片来自网络，但找不到出处了。

LAS 格式旨在作为激光扫描仪点云数据的交换格式。它由美国摄影测量和遥感学会（ASPRS）维护。LAZ 文件格式则是 LAS 的无损压缩版本，为了提高效率。LAS 文件格式是二进制的。LAS 是遥感行业使用最广泛的点云数据文件格式。由 ASPRS 维护的官方网站在这里。目前 ASPRS LAS 规范的维护转移到了GitHub。
LAS 文件分为 3 个主要部分：
一个符合LAS标准的LIDAR文件分为三个部分:公用文件头块(PUBLICHEADERBLOCK)、变量长度记(VARIABLELENGTHRECORDS)和点数据记录(POINTDATARECORD)
公用文件头块
标题包含有关数据的信息，例如其版本、点格式（告诉为每个点存储的不同维度）。

VLR
在标头之后，LAS 文件可能包含 VLR（可变长度记录）。VLR 用于存储附加信息，例如 SRS（空间参考系统）、添加到点的额外维度的描述。

点记录
点集记录部分保存了大量的L IDAR脚点信息，LAS支持的LIDAR点记录格式有100种，从Format0-Format99。在同一个LAS文件中，只有一种L IDAR点格式。而且要与公共头中的点格式一致。

三 总结

目前点云存储格式可分为两类：一类是传统的图形视觉文件如off和PLY格式等，不是纯正的点云文件而是所含信息中包括点。另一类是标准的点云格式文件，如LAS等。