基于Open3D的点云处理16-特征点匹配
点云配准
将点云数据统一到一个世界坐标系的过程称之为点云配准或者点云拼接。(registration/align)
点云配准的过程其实就是找到同名点对;即找到在点云中处在真实世界同一位置的点。
常见的点云配准算法:
ICP、Color ICP、Trimed-ICP 算法流程:
- 选点:
确定参与到配准过程中的点集。 - 匹配确定同名点对:
ICP以两片点云中欧式空间距离最小的点对为同名点 - 非线性优化求解:
采用SVD或者四元数求解变换 - 变换:
将求解的变换参数应用到待配准点云上 - 迭代:
计算此时的状态参数判断配准是否完成。以前后两次参数迭代变
化的差或者RMSE值是否小于给定阈值为迭代终止条件。否则返回(1)
ICP 算法以两片点云中欧式空间距离最小的点对为同名点,如果初始点选择不合适,可能会陷入局部最优配准失败。
基于点特征的配准方法
两种方式:
一种通过特征描述,先分割出场景里的点线等特征,利用这些点进行同名点的匹配,如基于几何空间一致性筛选同名点对。
一种通过点特征描述符确定同名点,如基于FPFH双向最近邻确定同名点对,FPFH描述向量最大的特性是对于点云的同名点的特征向量表现出相似性,即该点云的同名点之间的FPFH特征描述子的二范数趋于零。
测试用例
基于icp的点云匹配(参考)
- 点到点的配准
import open3d as o3d
import numpy as np# 获取示例数据
source_cloud = o3d.io.read_point_cloud("./data/cloud_bin_0.pcd")
target_cloud = o3d.io.read_point_cloud("./data/cloud_bin_1.pcd")
source_cloud.paint_uniform_color([1, 0.706, 0])
target_cloud.paint_uniform_color([0, 0.651, 0.929])
threshold = 0.02# RMSE残差阈值,小于该残差阈值,迭代终止#初始位姿
trans_init = np.asarray([[0.862, 0.011, -0.507, 0.5],[-0.139, 0.967, -0.215, 0.7],[0.487, 0.255, 0.835, -1.4], [0.0, 0.0, 0.0, 1.0]])# 显示未配准点云
o3d.visualization.draw_geometries([source_cloud, target_cloud],zoom=0.4459,front=[0.9288, -0.2951, -0.2242],lookat=[1.6784, 2.0612, 1.4451],up=[-0.3402, -0.9189, -0.1996])# 点到点的ICP
result = o3d.pipelines.registration.registration_icp(source_cloud, target_cloud, threshold,trans_init,o3d.pipelines.registration.TransformationEstimationPointToPoint())
print(result)
print("Transformation is:")
print(result.transformation)# 显示点到点的配准结果
source_cloud.transform(result.transformation)
o3d.visualization.draw_geometries([source_cloud, target_cloud],zoom=0.4459,front=[0.9288, -0.2951, -0.2242],lookat=[1.6784, 2.0612, 1.4451],up=[-0.3402, -0.9189, -0.1996])
配准前:

配准结果:


- 点到面的配准
import open3d as o3d
import numpy as np# 获取示例数据
source_cloud = o3d.io.read_point_cloud("./data/cloud_bin_0.pcd")
target_cloud = o3d.io.read_point_cloud("./data/cloud_bin_1.pcd")
source_cloud.paint_uniform_color([1, 0.706, 0])
target_cloud.paint_uniform_color([0, 0.651, 0.929])
threshold = 0.02# RMSE残差阈值,小于该残差阈值,迭代终止#初始位姿
trans_init = np.asarray([[0.862, 0.011, -0.507, 0.5],[-0.139, 0.967, -0.215, 0.7],[0.487, 0.255, 0.835, -1.4], [0.0, 0.0, 0.0, 1.0]])source_cloud = o3d.io.read_point_cloud("./data/cloud_bin_0.pcd")
target_cloud = o3d.io.read_point_cloud("./data/cloud_bin_1.pcd")
source_cloud.paint_uniform_color([1, 0.706, 0])
target_cloud.paint_uniform_color([0, 0.651, 0.929])# 显示未配准点云
o3d.visualization.draw_geometries([source_cloud, target_cloud],zoom=0.4459,front=[0.9288, -0.2951, -0.2242],lookat=[1.6784, 2.0612, 1.4451],up=[-0.3402, -0.9189, -0.1996])# 点到面的ICP
result = o3d.pipelines.registration.registration_icp(source_cloud, target_cloud, threshold,trans_init,o3d.pipelines.registration.TransformationEstimationPointToPlane())
print(result)
print("Transformation is:")
print(result.transformation, "\n")# 显示点到面的配准结果
source_cloud.transform(result.transformation)
o3d.visualization.draw_geometries([source_cloud, target_cloud],zoom=0.4459,front=[0.9288, -0.2951, -0.2242],lookat=[1.6784, 2.0612, 1.4451],up=[-0.3402, -0.9189, -0.1996])
配准结果如图:


基于Color ICP的点云匹配 参考
import open3d as o3d
import numpy as np
import copydef draw_registration_result_original_color(source, target, transformation):source_temp = copy.deepcopy(source)source_temp.transform(transformation)o3d.visualization.draw_geometries([source_temp, target],zoom=0.5,front=[-0.2458, -0.8088, 0.5342],lookat=[1.7745, 2.2305, 0.9787],up=[0.3109, -0.5878, -0.7468])
print("1. Load two point clouds and show initial pose")
demo_colored_icp_pcds = o3d.data.DemoColoredICPPointClouds()
source = o3d.io.read_point_cloud(demo_colored_icp_pcds.paths[0])
target = o3d.io.read_point_cloud(demo_colored_icp_pcds.paths[1])# draw initial alignment
current_transformation = np.identity(4)
draw_registration_result_original_color(source, target, current_transformation)# point to plane ICP
current_transformation = np.identity(4)
print("2. Point-to-plane ICP registration is applied on original point")
print(" clouds to refine the alignment. Distance threshold 0.02.")
result_icp = o3d.pipelines.registration.registration_icp(source, target, 0.02, current_transformation,o3d.pipelines.registration.TransformationEstimationPointToPlane())
print(result_icp)
draw_registration_result_original_color(source, target,result_icp.transformation)# colored pointcloud registration
# This is implementation of following paper
# J. Park, Q.-Y. Zhou, V. Koltun,
# Colored Point Cloud Registration Revisited, ICCV 2017
voxel_radius = [0.04, 0.02, 0.01]
max_iter = [50, 30, 14]
current_transformation = np.identity(4)
print("3. Colored point cloud registration")
for scale in range(3):iter = max_iter[scale]radius = voxel_radius[scale]print([iter, radius, scale])print("3-1. Downsample with a voxel size %.2f" % radius)source_down = source.voxel_down_sample(radius)target_down = target.voxel_down_sample(radius)print("3-2. Estimate normal.")source_down.estimate_normals(o3d.geometry.KDTreeSearchParamHybrid(radius=radius * 2, max_nn=30))target_down.estimate_normals(o3d.geometry.KDTreeSearchParamHybrid(radius=radius * 2, max_nn=30))print("3-3. Applying colored point cloud registration")result_icp = o3d.pipelines.registration.registration_colored_icp(source_down, target_down, radius, current_transformation,o3d.pipelines.registration.TransformationEstimationForColoredICP(),o3d.pipelines.registration.ICPConvergenceCriteria(relative_fitness=1e-6,relative_rmse=1e-6,max_iteration=iter))current_transformation = result_icp.transformationprint(result_icp)
draw_registration_result_original_color(source, target,result_icp.transformation)
配准前:

基于点到平面icp的配准:

基于color icp的配准结果:

基于fpfh特征的点云匹配
import numpy as np
import copy
import open3d as o3ddef draw_registration_result(source, target, transformation):source_temp = copy.deepcopy(source)target_temp = copy.deepcopy(target)source_temp.paint_uniform_color([1, 0.706, 0])target_temp.paint_uniform_color([0, 0.651, 0.929])source_temp.transform(transformation)o3d.visualization.draw_geometries([source_temp, target_temp],zoom=0.4559,front=[0.6452, -0.3036, -0.7011],lookat=[1.9892, 2.0208, 1.8945],up=[-0.2779, -0.9482, 0.1556])def preprocess_point_cloud(pcd, voxel_size):print(":: Downsample with a voxel size %.3f." % voxel_size)pcd_down = pcd.voxel_down_sample(voxel_size)radius_normal = voxel_size * 2print(":: Estimate normal with search radius %.3f." % radius_normal)pcd_down.estimate_normals(o3d.geometry.KDTreeSearchParamHybrid(radius=radius_normal, max_nn=30))radius_feature = voxel_size * 5print(":: Compute FPFH feature with search radius %.3f." % radius_feature)pcd_fpfh = o3d.pipelines.registration.compute_fpfh_feature(pcd_down,o3d.geometry.KDTreeSearchParamHybrid(radius=radius_feature, max_nn=100))return pcd_down, pcd_fpfhdef prepare_dataset(voxel_size):print(":: Load two point clouds and disturb initial pose.")demo_icp_pcds = o3d.data.DemoICPPointClouds()source = o3d.io.read_point_cloud(demo_icp_pcds.paths[0])target = o3d.io.read_point_cloud(demo_icp_pcds.paths[1])trans_init = np.asarray([[0.0, 0.0, 1.0, 0.0], [1.0, 0.0, 0.0, 0.0],[0.0, 1.0, 0.0, 0.0], [0.0, 0.0, 0.0, 1.0]])source.transform(trans_init)draw_registration_result(source, target, np.identity(4))source_down, source_fpfh = preprocess_point_cloud(source, voxel_size)target_down, target_fpfh = preprocess_point_cloud(target, voxel_size)return source, target, source_down, target_down, source_fpfh, target_fpfhdef execute_global_registration(source_down, target_down, source_fpfh,target_fpfh, voxel_size):distance_threshold = voxel_size * 1.5print(":: RANSAC registration on downsampled point clouds.")print(" Since the downsampling voxel size is %.3f," % voxel_size)print(" we use a liberal distance threshold %.3f." % distance_threshold)result = o3d.pipelines.registration.registration_ransac_based_on_feature_matching(source_down, target_down, source_fpfh, target_fpfh, True,distance_threshold,o3d.pipelines.registration.TransformationEstimationPointToPoint(False),3, [o3d.pipelines.registration.CorrespondenceCheckerBasedOnEdgeLength(0.9),o3d.pipelines.registration.CorrespondenceCheckerBasedOnDistance(distance_threshold)], o3d.pipelines.registration.RANSACConvergenceCriteria(100000, 0.999))return resultvoxel_size = 0.05 # means 5cm for this dataset
source, target, source_down, target_down, source_fpfh, target_fpfh = prepare_dataset(voxel_size)result_ransac = execute_global_registration(source_down, target_down,source_fpfh, target_fpfh,voxel_size)
print(result_ransac)
draw_registration_result(source_down, target_down, result_ransac.transformation)
匹配前:

匹配结果:

相关文章:
基于Open3D的点云处理16-特征点匹配
点云配准 将点云数据统一到一个世界坐标系的过程称之为点云配准或者点云拼接。(registration/align) 点云配准的过程其实就是找到同名点对;即找到在点云中处在真实世界同一位置的点。 常见的点云配准算法: ICP、Color ICP、Trimed-ICP 算法…...
设计模式—简单工厂
目录 一、前言 二、简单工厂模式 1、计算器例子 2、优化后版本 3、结合面向对象进行优化(封装) 3.1、Operation运算类 3.2、客户端 4、利用面向对象三大特性(继承和多态) 4.1、Operation类 4.2、加法类 4.3、减法类 4…...
真机安装Linux Centos7
准备工具: 8G左右U盘最新版UltraISOCentOS7光盘镜像 操作步骤 下载镜像 地址:http://isoredirect.centos.org/centos/7/isos/x86_64/ 安装刻录工具UltraISO,刻录镜像到U盘 ① 选择ISO镜像文件 ② 写入磁盘镜像,在这里选择你的U盘…...
ceph peering机制-状态机
本章介绍ceph中比较复杂的模块: Peering机制。该过程保障PG内各个副本之间数据的一致性,并实现PG的各种状态的维护和转换。本章首先介绍boost库的statechart状态机基本知识,Ceph使用它来管理PG的状态转换。其次介绍PG的创建过程以及相应的状…...
Java | File类
目录: File类File类中常用的方法:boolean exists( ) :判断此 文件/目录 是否存在boolean createNewFile( ) :创建一个文件boolean mkdir( ) :创建 “单层” 目录/文件夹boolean mkdirs( ) :创建 “多层” 目…...
数学建模之灰色预测
灰色预测(Grey Forecasting)是一种用于时间序列数据分析和预测的方法,通常用于处理具有较少历史数据的情况或者数据不够充分的情况。它是一种非常简单但有效的方法,基于灰色系统理论,用来估计未来的趋势。 以下是灰色…...
03_nodejd_npm install报错
npm install报错 npm ERR! code ERESOLVE npm ERR! ERESOLVE unable to resolve dependency tree npm ERR! npm ERR! While resolving: 5kcrm11.0.0 npm ERR! Found: vue2.5.17 npm ERR! node_modules/vue npm ERR! vue"2.5.17" from the root project npm ERR! np…...
three.js(二):webpack + three.js + ts
用webpackts 开发 three.js 项目 webpack 依旧是主流的模块打包工具;ts和three.js 是绝配,three.js本身就是用ts写的,ts可以为three 项目提前做好规则约束,使项目的开发更加顺畅。 1.创建一个目录,初始化 npm mkdir demo cd de…...
最小二乘法处理线性回归
最小二乘法是一种数学优化技术,用于查找最适合一组数据点的函数。 该方法主要用于线性回归分析,当然,也可用于非线性问题。 开始之前,我们先理解一下什么是回归。 回归:回归是一种监督学习算法,用于建模和…...
ModbusCRC16校验 示例代码
作者: Herman Ye Galbot Auromix 测试环境: Ubuntu20.04 更新日期: 2023/08/30 注1: Auromix 是一个机器人爱好者开源组织。 注2: 本文在更新日期经过测试,确认有效。 笔者出于学习交流目的, 给…...
一不留神就掉坑
乘除顺序问题 在据卡特兰数[1]公式,解决leetcode-96 不同的二叉搜索树[2]时,遇到一个非常诡异的问题, package mainimport "fmt"func main() { for i : 0; i < 40; i { fmt.Printf("第%d个卡特兰数为:%d\n", i, numTrees(i)) }}func numTrees(n int) i…...
Redis数据类型(list\set\zset)
"maybe its why" List类型 列表类型是⽤来存储多个有序的字符串,列表中的每个字符串称为元素(element),⼀个列表最多可以存储个2^32 - 1个元素。在Redis中,可以对列表两端插⼊(push)…...
TongWeb安装以及集成
TongWeb 安装步骤 静默安装 获取linux可执行安装包 如: Install_TWx.x.x.x_Enterprise_Linux.bin 创建安装所需配置文件 install.properties 内容如下 [root@node5 tongweb]# cat install.properties INSTALL_UI=silent USER_INSTALL_DIR=/home/tongweb SILENT_JDK_HOME=/jd…...
ScreenToGif-动图制作软件实用操作
ScreenToGif官网:ScreenToGif ⭕第一步:启动页面 ⭕第二步:选项 🥝录像机-捕获频率选择手动-播放延迟1000ms(可以任意) ⭕第三步:录像机开始录屏 🥝我们调整录屏的大小后,打开画图,…...
sqlibs安装及复现
sqlibs安装 安装phpstudy后,到github上获取sqlibs源码 sqli-labs项目地址—Github获取:GitHub - Audi-1/sqli-labs: SQLI labs to test error based, Blind boolean based, Time based. 在phpstudy本地文件中的Apache目录中解压上方下载的源码。 将sq…...
OpenAI 创始人 Sam Altman 博客有一篇 10 年前的文章
OpenAI 创始人 Sam Altman 博客有一篇 10 年前的文章《Advice for ambitious 19 year olds》,给 19 岁年轻人的建议,从 #参考答案 看到,非常适合我们🤣年轻人,顺便用 GPT4 重新翻译了下全文。 太长不读纯摘要版本如下&…...
写的一款简易的热点词汇记录工具
项目需要对用户提交的附件、文章、搜索框内容等做热词分析。如下图: 公司有大数据团队。本着不麻烦别人就不麻烦别人的原则,写了一款简易的记录工具,原理也简单,手工在业务插入锚点,用分词器分好词,排掉字…...
算法通关村——滑动窗口高频问题
1. 无重复字符的最长子串 给定一个字符串 s ,请你找出其中不含有重复字符的 最长子串 的长度。 示例 1: 输入: s “abcabcbb” 输出: 3 解释: 因为无重复字符的最长子串是 “abc”,所以其长度为 3。 1.1 滑动窗口 找到最长字串需要找到字串的首尾位置…...
mybatis源码学习-2-项目结构
写在前面,这里会有很多借鉴的内容,有以下三个原因 本博客只是作为本人学习记录并用以分享,并不是专业的技术型博客笔者是位刚刚开始尝试阅读源码的人,对源码的阅读流程乃至整体架构并不熟悉,观看他人博客可以帮助我快速入门如果只是笔者自己观看,难免会有很多弄不懂乃至理解错误…...
selenium 自动化测试——环境搭建
安装python,并且使用pip命令安装 selenium pip3 install selenium 然后尝试第一次使用selenium 完成一个简单的测试自动化脚本 from selenium import webdriver from selenium.webdriver.common.by import By import timedriver webdriver.Chrome() driver.get(…...
OpenClaw三种方式安装:手把手保姆级教程
前置操作 【一】获取API Key 现在很多平台的API Key都有免费额度,阿里云和Kimi的优惠力度大些,大家按需索取。 阿里云百炼 Step01:注册/登录阿里云 Step02:创建并获取API Key 注意:我们要的是API Key,如…...
Qwen3-14B私有化部署成本分析:一张显卡就能跑,中小企业也玩得转
Qwen3-14B私有化部署成本分析:一张显卡就能跑,中小企业也玩得转 1. 为什么中小企业需要关注Qwen3-14B 在AI技术快速发展的今天,大型语言模型已成为企业数字化转型的重要工具。然而,高昂的部署成本往往让中小企业望而却步。Qwen3…...
MoE大模型入门指南:小白也能掌握的AI核心技术(收藏学习)
混合专家模型(Mixture-of-Experts, MoE)是机器学习和深度学习中的一种流行架构,目前被广泛应用于大模型领域。MoE的基本原理是通过门控(Gating)机制,加权集成各专家(Experts…...
Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E钢材的性能差异分析
Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E 钢材的性能差异分析 Q345是一种钢材的材质。它是低合金钢(C<0.2%),广泛应用于建筑,桥梁、车辆、船舶、压力容器等。Q代表的是这种材质的屈服强度,后面的345,就是指这种材质的屈服值,在345MPa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其…...
QMK Toolbox终极指南:轻松掌握机械键盘固件部署与定制
QMK Toolbox终极指南:轻松掌握机械键盘固件部署与定制 【免费下载链接】qmk_toolbox A Toolbox companion for QMK Firmware 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/qm/qmk_toolbox QMK Toolbox是一款功能强大的开源键盘固件部署工具,专为QMK…...
Vue3+monaco-editor实战:如何让代码编辑器完美适应侧边栏折叠?
Vue3与monaco-editor深度整合:动态布局的工程化实践 侧边栏折叠交互已成为现代Web应用的标配功能,但当这种动态布局遇上代码编辑器这类复杂组件时,开发者往往会遇到布局错位、滚动条异常等顽固问题。本文将分享在Vue3项目中实现monaco-editor…...
计算机毕业设计springboot盐城市亭湖区药店销售管理系统 基于SpringBoot的盐城亭湖区医药零售信息化管理平台 亭湖区智慧药店进销存与在线服务系统
计算机毕业设计springboot盐城市亭湖区药店销售管理系统7f7299 (配套有源码 程序 mysql数据库 论文)本套源码可以先看具体功能演示视频领取,文末有联xi 可分享 在数字化医疗改革持续推进的背景下,基层药店作为医药服务的重要终端&…...
避坑指南:在CodeSys里用three.js加载3D模型,我踩过的那些安全策略和路径坑
CodeSys集成three.js的实战避坑手册:从安全策略到模型加载的完整解决方案 在工业自动化领域,可视化界面正经历着从传统2D向3D交互的转型。当我在最近一个机械臂控制项目中尝试将three.js集成到CodeSys WebVisu环境时,原以为简单的任务却遭遇…...
论文降AI完成后怎么跟导师解释文字变化:沟通话术和注意事项
论文降AI完成后怎么跟导师解释文字变化:沟通话术和注意事项 这是一篇我自己也会反复翻看的教程。因为每次帮朋友降AI的时候,总有些细节差点忘记。 用的工具是嘎嘎降AI(www.aigcleaner.com),4.8元一篇,达标…...
OpenMVG CMake构建系统完全指南:模块化设计与依赖管理最佳实践
OpenMVG CMake构建系统完全指南:模块化设计与依赖管理最佳实践 【免费下载链接】openMVG open Multiple View Geometry library. Basis for 3D computer vision and Structure from Motion. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/op/openMVG OpenMVG&am…...
