【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样

文章目录

  • 一、声明
  • 二、简介
  • 三、代码
  • 四、参数理解和讨论
    • r 1 r_1 r1效果
    • r 2 r_2 r2效果
    • r 3 r_3 r3效果
  • 五、参考

一、声明

  • 本帖持续更新,如有问题,望指正!

二、简介

基于MLS(Moving Least Squares)的上采样是一种常用的点云处理方法,用于增加稀疏点云数据的密度和细节。MLS上采样通过对点云进行局部拟合,并使用拟合结果生成新的点,从而实现点云的平滑和细节恢复。

MLS上采样的工作流程如下:

  1. 针对每一个待上采样的点,选择其邻域内的一组最近邻点。
  2. 对于选定的邻域点集,通过拟合一个平滑的曲面来逼近这些点。常用的拟合方法包括欧式最小二乘法(OLS)和加权最小二乘法(WLS)。
  3. 根据拟合结果,生成新的采样点。通常是在拟合曲面上均匀采样一定数量的点。
  4. 重复以上步骤,直到所有待上采样的点都得到处理。

MLS上采样的结果具有以下特点:

  • 增加点云的密度:通过生成额外的采样点,将原始稀疏点云的密度增加到更高的水平。
  • 平滑点云的表面:由于对每个点进行了局部曲面拟合,MLS上采样可以实现平滑点云的表面,减少形状的噪声和不规则性。
  • 恢复细节:通过在拟合曲面上均匀采样新的点,MLS上采样可以恢复原始点云中的细节信息。

下图所示是使用PCL实现的基于MLS上采样的结果图。

(a)原始点云 (b)PCL中基于MLS上采样结果
【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第1张图片 【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第2张图片

三、代码

// Create a KD-Tree
pcl::search::KdTree<PointType>::Ptr tree(new pcl::search::KdTree<PointType>);

// Init object (second point type is for the normals, even if unused)
pcl::MovingLeastSquares<PointType, PointType> mls;
mls.setComputeNormals (true);

// Set parameters
mls.setInputCloud(cp_.cloud_);
mls.setPolynomialOrder(3);
mls.setSearchMethod(tree);
mls.setSearchRadius(0.005); // r1

//Upsampling 采样的方法还有 DISTINCT_CLOUD, RANDOM_UNIFORM_DENSITY
mls.setUpsamplingMethod(pcl::MovingLeastSquares<PointType, PointType>::SAMPLE_LOCAL_PLANE); //对点云进行上采样
mls.setUpsamplingRadius(0.002);    // r2
mls.setUpsamplingStepSize(0.0001);  // r3
mls.process(*ocloud_);      //执行采样操作

四、参数理解和讨论

在上述代码中标记了三个半径:
r 1 r_1 r1mls.setSearchRadius(0.005);
r 2 r_2 r2mls.setUpsamplingRadius(0.002);
r 3 r_3 r3mls.setUpsamplingStepSize(0.0001);
下面展示一下这三个参数的效果。请注意下面展示效果的时候 r r r只是参考半径,例如你可以设为点云中最近邻距离最大值等。

r 1 r_1 r1效果

从下面效果图中可以看出 r 1 r_1 r1越大,用于MLS曲面的点越多,从而得到的点云表面越平滑。

a.原始点云 b. 设置 r 1 = r r_1=r r1=r c. 设置 r 1 = 1.5 r r_1=1.5r r1=1.5r
【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第3张图片 【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第4张图片 【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第5张图片
c.设置 r 1 = 2 r r_1=2r r1=2r d. 设置 r 1 = 2.5 r r_1=2.5r r1=2.5r e. 设置 r 1 = 3 r r_1=3r r1=3r
【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第6张图片 【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第7张图片 【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第8张图片

r 2 r_2 r2效果

从下面效果图中可以看出 r 2 r_2 r2越大,从原始点云的每个点扩展出去的范围越大

a. 设置 r 2 = 0.4 r r_2=0.4r r2=0.4r b. 设置 r 2 = 0.8 r r_2=0.8r r2=0.8r c. 设置 r 2 = 1.5 r r_2=1.5r r2=1.5r
【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第9张图片 【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第10张图片 【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第11张图片

r 3 r_3 r3效果

从下面效果图中可以看出 r 3 r_3 r3越大,采样的步长也越大。

a. 设置 r 3 = 0.1 r r_3=0.1r r3=0.1r b. 设置 r 3 = 0.25 r r_3=0.25r r3=0.25r c. 设置 r 2 = 0.5 r r_2=0.5r r2=0.5r
【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第12张图片 【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第13张图片 【点云上采样】基于移动最小二乘(MLS)的上采样_第14张图片

五、参考

[1] https://blog.51cto.com/u_13157605/6038637

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