姓名：張志文 學(xué)號(hào)：19021210649
【嵌牛觀察】
目前點(diǎn)云處理的算法十分的多霍衫，不同的濾波算法有著不同的應(yīng)用方向
【嵌牛鼻子】
點(diǎn)云霍狰；濾波
【嵌牛提問】
常見的點(diǎn)云濾波算法有哪些锯厢？
【嵌牛正文】

常見點(diǎn)云濾波

點(diǎn)云濾波作為常見的點(diǎn)云處理算法娇未，一般是點(diǎn)云處理的第一步，對后續(xù)處理有很重要作用蚓胸。濾波有很多方面也有很多種功能厕九，比如去除噪聲點(diǎn)蓖捶、離群點(diǎn)、點(diǎn)云平滑以及空洞扁远、數(shù)據(jù)壓縮等俊鱼。下面我們來列舉一下，我們在開源項(xiàng)目中可以找到的濾波算法：

• 直通濾波器
• 體素濾波器
• 統(tǒng)計(jì)濾波器
• 條件濾波
• 半徑濾波器
• 雙邊濾波
• 高斯濾波
• 均勻采樣濾波
• 移動(dòng)最小二乘法光滑濾波
• 基于權(quán)重局部優(yōu)化投影 (WLOP) 簡化算法
• DoN算法
• 以及各種通過規(guī)則進(jìn)行點(diǎn)調(diào)整或者刪除的都可以成為濾波算法

image

下面對上面列舉出來的一部分進(jìn)行解釋畅买。

濾波算法原理

• 直通濾波器

直通濾波器就是根據(jù)點(diǎn)云的屬性（屬性比如x并闲，y，z谷羞，顏色值等）帝火，在點(diǎn)的屬性上設(shè)置范圍，對點(diǎn)進(jìn)行濾波湃缎，保留范圍內(nèi)的或保留范圍外的犀填。

舉例：在一個(gè)rgbd數(shù)據(jù)中，只想保留深度值小于5米的數(shù)據(jù)嗓违，就可以通過直通濾波器來保留z屬性小于5米的點(diǎn)云九巡。

開源代碼庫：PCL

• 體素濾波器

體素的概念類似于像素，使用AABB包圍盒將點(diǎn)云數(shù)據(jù)體素化靠瞎，根據(jù)體素中的點(diǎn)，計(jì)算出代表這個(gè)體素的點(diǎn)求妹，達(dá)到下采樣的目的乏盐。體素濾波器可以達(dá)到向下采樣同時(shí)不破壞點(diǎn)云本身幾何結(jié)構(gòu)的功能，但是會(huì)移動(dòng)點(diǎn)的位置制恍。此外體素濾波器可以去除一定程度的噪音點(diǎn)及離群點(diǎn)父能。主要功能是用來進(jìn)行降采樣。

特點(diǎn)：可以將點(diǎn)云降采樣至同一間距净神，初始密度影響不大何吝，主要根據(jù)設(shè)置體素的大小溉委。

image

開源代碼庫：PCL

• 均勻采樣濾波

均勻采樣濾波基本上等同于體素濾波器，但是其不改變點(diǎn)的位置爱榕。下采樣后瓣喊，其點(diǎn)云分布基本均勻，但是其點(diǎn)云的準(zhǔn)確度要好于體素濾波黔酥，因?yàn)闆]有移動(dòng)點(diǎn)的位置藻三。

開源代碼庫：PCL

• 統(tǒng)計(jì)濾波器

統(tǒng)計(jì)濾波器用于去除明顯離群點(diǎn)。離群點(diǎn)特征是在空間中分布稀疏跪者】妹保考慮到離群點(diǎn)的特征，則可以定義某處點(diǎn)云小于某個(gè)密度渣玲，既點(diǎn)云無效逗概。計(jì)算每個(gè)點(diǎn)到其最近的k個(gè)點(diǎn)平均距離。則點(diǎn)云中所有點(diǎn)的距離應(yīng)構(gòu)成高斯分布忘衍。根據(jù)給定均值與方差逾苫，可剔除方差之外的點(diǎn)。即使方差之外的點(diǎn)是正確點(diǎn)淑履，但是其太稀疏隶垮，帶來的信息也是很少的。

特點(diǎn)：主要是根據(jù)密度去除離群點(diǎn)秘噪，對密度差異較大的離群點(diǎn)去除效果較好狸吞。

image

開源代碼庫：PCL

• 條件濾波

條件濾波器通過設(shè)定濾波條件進(jìn)行濾波，有點(diǎn)分段函數(shù)的味道指煎，當(dāng)點(diǎn)云在一定范圍則留下蹋偏，不在則舍棄。直通濾波器是一種較簡單的條件濾波器至壤。條件濾波器更像是一個(gè)不帶有濾波核的工具威始。

開源代碼庫：PCL

• 半徑濾波器

半徑濾波器與統(tǒng)計(jì)濾波器相比更加簡單粗暴。以某點(diǎn)為中心畫一個(gè)圓計(jì)算落在該圓中點(diǎn)的數(shù)量像街，當(dāng)數(shù)量大于給定值時(shí)黎棠，則保留該點(diǎn)肥橙，數(shù)量小于給定值則剔除該點(diǎn)灭红。此算法運(yùn)行速度快，依序迭代留下的點(diǎn)一定是最密集的义桂，但是圓的半徑和圓內(nèi)點(diǎn)的數(shù)目都需要人工指定畴栖。

主要還是用于去除離群點(diǎn)随静，在一定程度上可以用來篩選邊緣點(diǎn)。

開源代碼庫：PCL

• 高斯濾波

高斯濾波是一種非線性濾波器，采用加權(quán)平均的方式燎猛。在指定域內(nèi)的權(quán)重是根據(jù)歐式距離的高斯分布恋捆，通過權(quán)重加權(quán)平均的方式得到當(dāng)前點(diǎn)的濾波后的點(diǎn)。

特點(diǎn)：高斯濾波平滑效果較好但是邊緣角點(diǎn)也會(huì)被較大的平滑重绷。

開源代碼庫：PCL

pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>::Ptr inputCloud,cloud; 
pcl::filters::Convolution<pcl::PointXYZRGB, pcl::PointXYZRGB> convolution; 
Eigen::ArrayXf gaussian_kernel(5); 
gaussian_kernel << 1.f/16, 1.f/4, 3.f/8, 1.f/4, 1.f/16; 
convolution.setBordersPolicy(
       pcl::filters::Convolution<pcl::PointXYZRGB, pcl::PointXYZRGB>::BORDERS_POLICY_IGNORE); 
convolution.setDistanceThreshold (static_cast<float> (0.1)); 
convolution.setInputCloud (inputCloud); 
convolution.setKernel (gaussian_kernel); 
convolution.convolve(*cloud); 

• 雙邊濾波

雙邊濾波是一種非線性濾波器沸停，它可以達(dá)到保持邊緣、降噪平滑的效果论寨。一定程度上擬補(bǔ)了高斯濾波的缺點(diǎn)星立。雙邊濾波對高斯噪聲效果比較好。

雙邊濾波從單純的考慮空間域點(diǎn)的位置的高斯濾波上葬凳，又加上一個(gè)維度上的權(quán)重绰垂。在點(diǎn)云處理上，可以叫做為特征域火焰，即當(dāng)前點(diǎn)的法向量與臨近點(diǎn)的法向量劲装。通過改變兩個(gè)域上的高斯濾波的方差來平衡平滑效果以及保持邊緣的效果。具體的公式也需要一篇文章來解釋昌简。

開源代碼庫：CGAL占业，PCL（兩個(gè)實(shí)現(xiàn)的方式不同，CGAL的效果更好）

• 移動(dòng)最小二乘法光滑濾波

移動(dòng)最小二乘法光滑濾波思路很簡單纯赎，就是根據(jù)點(diǎn)云谦疾，找到一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)有一系列的局部的函數(shù)組成（這個(gè)工作是通過移動(dòng)最小二乘法完成的犬金，可能需要一篇文章來解釋移動(dòng)最小二乘法）念恍，這個(gè)函數(shù)的特性是光滑的，然后將點(diǎn)投影到函數(shù)上晚顷，就完成了平滑的目的峰伙。

開源代碼庫：PCL、VCGLIB该默、CGAL

• 基于權(quán)重局部優(yōu)化投影 (WLOP) 簡化算法

wlop是一種點(diǎn)云增強(qiáng)方法瞳氓，可以消除噪聲、刪除外點(diǎn)并得到均勻的采樣密度栓袖。這個(gè)原理比較復(fù)雜匣摘，暫時(shí)還沒看懂其實(shí)現(xiàn)流程。先看一張效果圖：

image.png

開源代碼庫：CGAL

• DoN算法

DoN(Difference of Normal)裹刮，利用了多尺度空間的思想音榜，算法的目的是在去除點(diǎn)云低頻濾波（或者保留高頻信息），低頻信息（例如建筑物墻面必指，地面）往往會(huì)對分割產(chǎn)生干擾囊咏，高頻信息（例如建筑物窗框恕洲，路面障礙錐）往往尺度上很小塔橡，直接采用基于臨近信息的濾波器會(huì)將此類信息合并至墻面或路面中梅割。算法如下：

1. 在小尺度上計(jì)算點(diǎn)云法線1
2. 在大尺度上計(jì)算點(diǎn)云法線2
3. 法線1-法線2
4. 濾去3中值較小的點(diǎn)(低頻信息，較平坦的部分葛家，如墻面地面等)
5. 歐式分割（將高頻信息分開）

此算法的目的可以較好的分開高頻信息和低頻信息户辞。

開源代碼庫：PCL（沒有直接實(shí)現(xiàn)，很容易實(shí)現(xiàn)）

總結(jié)

所謂濾波器癞谒，其實(shí)主要通過局部計(jì)算的方式底燎，獲得一個(gè)響應(yīng)值，然后根據(jù)響應(yīng)值調(diào)整點(diǎn)云弹砚，比如位置調(diào)整双仍，保留或刪除某點(diǎn)。跟圖像上的濾波器思想還是一樣的桌吃，只不過在點(diǎn)云里面朱沃，存在無序點(diǎn)云罷了。

當(dāng)沒有一個(gè)濾波器能完整達(dá)到要求時(shí)茅诱，我們通過組裝多個(gè)濾波器達(dá)到更復(fù)雜的功能逗物。偏向應(yīng)用的算法工程師可能完成一個(gè)需求要疊加很多個(gè)濾波器，其實(shí)CNN不也是一堆濾波器的組裝嘛瑟俭。

本文內(nèi)容為轉(zhuǎn)載翎卓，版權(quán)歸作者所有