《PCL点云库学习VS2010(X64)》Part 23 快速双边滤波算法之三线插值

本文主要是介绍《PCL点云库学习VS2010(X64)》Part 23 快速双边滤波算法之三线插值,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

《PCL点云库学习&VS2010(X64)》Part 23 快速双边滤波算法之三线插值


一、源代码

       快速双边滤波算法的精华部分在3D网格分配、控制网格延伸范围、下采样和上采样线性插值三个主要部分。

核心代码:

#ifndef PCL_FILTERS_IMPL_FAST_BILATERAL_HPP_
#define PCL_FILTERS_IMPL_FAST_BILATERAL_HPP_#include <pcl/common/io.h>//
template <typename PointT> void
pcl::FastBilateralFilter<PointT>::applyFilter (PointCloud &output)
{if (!input_->isOrganized ()){PCL_ERROR ("[pcl::FastBilateralFilter] Input cloud needs to be organized.\n");return;}copyPointCloud (*input_, output);float base_max = -std::numeric_limits<float>::max (),base_min = std::numeric_limits<float>::max ();bool found_finite = false;for (size_t x = 0; x < output.width; ++x){for (size_t y = 0; y < output.height; ++y){if (pcl_isfinite (output (x, y).z)){if (base_max < output (x, y).z)base_max = output (x, y).z;if (base_min > output (x, y).z)base_min = output (x, y).z;found_finite = true;}}}if (!found_finite){PCL_WARN ("[pcl::FastBilateralFilter] Given an empty cloud. Doing nothing.\n");return;}for (size_t x = 0; x < output.width; ++x)for (size_t y = 0; y < output.height; ++y)if (!pcl_isfinite (output (x, y).z))output (x, y).z = base_max;const float base_delta = base_max - base_min;const size_t padding_xy = 2;const size_t padding_z  = 2;const size_t small_width  = static_cast<size_t> (static_cast<float> (input_->width  - 1) / sigma_s_) + 1 + 2 * padding_xy;const size_t small_height = static_cast<size_t> (static_cast<float> (input_->height - 1) / sigma_s_) + 1 + 2 * padding_xy;const size_t small_depth  = static_cast<size_t> (base_delta / sigma_r_)   + 1 + 2 * padding_z;Array3D data (small_width, small_height, small_depth);for (size_t x = 0; x < input_->width; ++x){const size_t small_x = static_cast<size_t> (static_cast<float> (x) / sigma_s_ + 0.5f) + padding_xy;for (size_t y = 0; y < input_->height; ++y){const float z = output (x,y).z - base_min;const size_t small_y = static_cast<size_t> (static_cast<float> (y) / sigma_s_ + 0.5f) + padding_xy;const size_t small_z = static_cast<size_t> (static_cast<float> (z) / sigma_r_ + 0.5f) + padding_z;Eigen::Vector2f& d = data (small_x, small_y, small_z);d[0] += output (x,y).z;d[1] += 1.0f;}}std::vector<long int> offset (3);offset[0] = &(data (1,0,0)) - &(data (0,0,0));offset[1] = &(data (0,1,0)) - &(data (0,0,0));offset[2] = &(data (0,0,1)) - &(data (0,0,0));Array3D buffer (small_width, small_height, small_depth);for (size_t dim = 0; dim < 3; ++dim){const long int off = offset[dim];for (size_t n_iter = 0; n_iter < 2; ++n_iter){std::swap (buffer, data);for(size_t x = 1; x < small_width - 1; ++x)for(size_t y = 1; y < small_height - 1; ++y){Eigen::Vector2f* d_ptr = &(data (x,y,1));Eigen::Vector2f* b_ptr = &(buffer (x,y,1));for(size_t z = 1; z < small_depth - 1; ++z, ++d_ptr, ++b_ptr)*d_ptr = (*(b_ptr - off) + *(b_ptr + off) + 2.0 * (*b_ptr)) / 4.0;}}}if (early_division_){for (std::vector<Eigen::Vector2f >::iterator d = data.begin (); d != data.end (); ++d)*d /= ((*d)[0] != 0) ? (*d)[1] : 1;for (size_t x = 0; x < input_->width; x++)for (size_t y = 0; y < input_->height; y++){const float z = output (x,y).z - base_min;const Eigen::Vector2f D = data.trilinear_interpolation (static_cast<float> (x) / sigma_s_ + padding_xy,static_cast<float> (y) / sigma_s_ + padding_xy,z / sigma_r_ + padding_z);output(x,y).z = D[0];}}else{for (size_t x = 0; x < input_->width; ++x)for (size_t y = 0; y < input_->height; ++y){const float z = output (x,y).z - base_min;const Eigen::Vector2f D = data.trilinear_interpolation (static_cast<float> (x) / sigma_s_ + padding_xy,static_cast<float> (y) / sigma_s_ + padding_xy,z / sigma_r_ + padding_z);output (x,y).z = D[0] / D[1];}}
}//
template <typename PointT> size_t
pcl::FastBilateralFilter<PointT>::Array3D::clamp (const size_t min_value,const size_t max_value,const size_t x)
{if (x >= min_value && x <= max_value){return x;}else if (x < min_value){return (min_value);}else{return (max_value);}
}//
template <typename PointT> Eigen::Vector2f
pcl::FastBilateralFilter<PointT>::Array3D::trilinear_interpolation (const float x,const float y,const float z)
{const size_t x_index  = clamp (0, x_dim_ - 1, static_cast<size_t> (x));const size_t xx_index = clamp (0, x_dim_ - 1, x_index + 1);const size_t y_index  = clamp (0, y_dim_ - 1, static_cast<size_t> (y));const size_t yy_index = clamp (0, y_dim_ - 1, y_index + 1);const size_t z_index  = clamp (0, z_dim_ - 1, static_cast<size_t> (z));const size_t zz_index = clamp (0, z_dim_ - 1, z_index + 1);const float x_alpha = x - static_cast<float> (x_index);const float y_alpha = y - static_cast<float> (y_index);const float z_alpha = z - static_cast<float> (z_index);return(1.0f-x_alpha) * (1.0f-y_alpha) * (1.0f-z_alpha) * (*this)(x_index, y_index, z_index) +x_alpha        * (1.0f-y_alpha) * (1.0f-z_alpha) * (*this)(xx_index, y_index, z_index) +(1.0f-x_alpha) * y_alpha        * (1.0f-z_alpha) * (*this)(x_index, yy_index, z_index) +x_alpha        * y_alpha        * (1.0f-z_alpha) * (*this)(xx_index, yy_index, z_index) +(1.0f-x_alpha) * (1.0f-y_alpha) * z_alpha        * (*this)(x_index, y_index, zz_index) +x_alpha        * (1.0f-y_alpha) * z_alpha        * (*this)(xx_index, y_index, zz_index) +(1.0f-x_alpha) * y_alpha        * z_alpha        * (*this)(x_index, yy_index, zz_index) +x_alpha        * y_alpha        * z_alpha        * (*this)(xx_index, yy_index, zz_index);
}#endif /* PCL_FILTERS_IMPL_FAST_BILATERAL_HPP_ */


二、代码分析——函数

根据上面的代码:主要有三个函数:

1、

template <typename PointT> void
pcl::FastBilateralFilter<PointT>::applyFilter (PointCloud &output)
2、

template <typename PointT> size_t
pcl::FastBilateralFilter<PointT>::Array3D::clamp (const size_t min_value,const size_t max_value,const size_t x)
3、

template <typename PointT> Eigen::Vector2f
pcl::FastBilateralFilter<PointT>::Array3D::trilinear_interpolation (const float x,const float y,const float z)


三、代码分析——关键代码

1、分配3D网格,其中的padding_xy和padding_z用来控制网格的延拓范围,代码如下:

 for (size_t x = 0; x < output.width; ++x)for (size_t y = 0; y < output.height; ++y)if (!pcl_isfinite (output (x, y).z))output (x, y).z = base_max;const float base_delta = base_max - base_min;const size_t padding_xy = 2;const size_t padding_z  = 2;const size_t small_width  = static_cast<size_t> (static_cast<float> (input_->width  - 1) / sigma_s_) + 1 + 2 * padding_xy;const size_t small_height = static_cast<size_t> (static_cast<float> (input_->height - 1) / sigma_s_) + 1 + 2 * padding_xy;const size_t small_depth  = static_cast<size_t> (base_delta / sigma_r_)   + 1 + 2 * padding_z;


2、对分割的网格进行下采样处理,其核心代码如下:

 Array3D data (small_width, small_height, small_depth);for (size_t x = 0; x < input_->width; ++x){const size_t small_x = static_cast<size_t> (static_cast<float> (x) / sigma_s_ + 0.5f) + padding_xy;for (size_t y = 0; y < input_->height; ++y){const float z = output (x,y).z - base_min;const size_t small_y = static_cast<size_t> (static_cast<float> (y) / sigma_s_ + 0.5f) + padding_xy;const size_t small_z = static_cast<size_t> (static_cast<float> (z) / sigma_r_ + 0.5f) + padding_z;Eigen::Vector2f& d = data (small_x, small_y, small_z);d[0] += output (x,y).z;d[1] += 1.0f;}}

3、其中的这段代码不是特别理解:

  std::vector<long int> offset (3);offset[0] = &(data (1,0,0)) - &(data (0,0,0));offset[1] = &(data (0,1,0)) - &(data (0,0,0));offset[2] = &(data (0,0,1)) - &(data (0,0,0));Array3D buffer (small_width, small_height, small_depth);for (size_t dim = 0; dim < 3; ++dim){const long int off = offset[dim];for (size_t n_iter = 0; n_iter < 2; ++n_iter){std::swap (buffer, data);for(size_t x = 1; x < small_width - 1; ++x)for(size_t y = 1; y < small_height - 1; ++y){Eigen::Vector2f* d_ptr = &(data (x,y,1));Eigen::Vector2f* b_ptr = &(buffer (x,y,1));for(size_t z = 1; z < small_depth - 1; ++z, ++d_ptr, ++b_ptr)*d_ptr = (*(b_ptr - off) + *(b_ptr + off) + 2.0 * (*b_ptr)) / 4.0;}}}


4、clamp函数:限制x的范围,插值过程中控制其size大小。代码如下:

template <typename PointT> size_t
pcl::FastBilateralFilter<PointT>::Array3D::clamp (const size_t min_value,const size_t max_value,const size_t x)
{if (x >= min_value && x <= max_value){return x;}else if (x < min_value){return (min_value);}else{return (max_value);}
}


5、三线插值:

      三线插值要先给出六面体的八个顶点;各个顶点的数值分别是:V000, V100, V010, ....V111
计算立方体里面的(x,y,z)的值Vxyz。


Vxyz = V000 (1 - x) (1 - y) (1 - z) +
            V100 x (1 - y) (1 - z) +
            V010 (1 - x) y (1 - z) +
            V001 (1 - x) (1 - y) z +
            V101 x (1 - y) z +
            V011 (1 - x) y z +
            V110 x y (1 - z) +
            V111 x y z

           对于更一般的情况就需要对各个维度进行一定的尺度变换操作。其示计算过程意图如下:



                   三线性插值的几何可视化。在期望点(黑色点)和整个体积值的乘积等于每个顶点处的值的乘积和对角处的部分体积的总和。

template <typename PointT> Eigen::Vector2f
pcl::FastBilateralFilter<PointT>::Array3D::trilinear_interpolation (const float x,const float y,const float z)
{const size_t x_index  = clamp (0, x_dim_ - 1, static_cast<size_t> (x));const size_t xx_index = clamp (0, x_dim_ - 1, x_index + 1);const size_t y_index  = clamp (0, y_dim_ - 1, static_cast<size_t> (y));const size_t yy_index = clamp (0, y_dim_ - 1, y_index + 1);const size_t z_index  = clamp (0, z_dim_ - 1, static_cast<size_t> (z));const size_t zz_index = clamp (0, z_dim_ - 1, z_index + 1);const float x_alpha = x - static_cast<float> (x_index);const float y_alpha = y - static_cast<float> (y_index);const float z_alpha = z - static_cast<float> (z_index);return(1.0f-x_alpha) * (1.0f-y_alpha) * (1.0f-z_alpha) * (*this)(x_index, y_index, z_index) +x_alpha        * (1.0f-y_alpha) * (1.0f-z_alpha) * (*this)(xx_index, y_index, z_index) +(1.0f-x_alpha) * y_alpha        * (1.0f-z_alpha) * (*this)(x_index, yy_index, z_index) +x_alpha        * y_alpha        * (1.0f-z_alpha) * (*this)(xx_index, yy_index, z_index) +(1.0f-x_alpha) * (1.0f-y_alpha) * z_alpha        * (*this)(x_index, y_index, zz_index) +x_alpha        * (1.0f-y_alpha) * z_alpha        * (*this)(xx_index, y_index, zz_index) +(1.0f-x_alpha) * y_alpha        * z_alpha        * (*this)(x_index, yy_index, zz_index) +x_alpha        * y_alpha        * z_alpha        * (*this)(xx_index, yy_index, zz_index);
}

四:《三维法线分布转换

The Three-Dimensional Normal-Distributions Transform

论文网址——p86-87





第一句说的很清楚,在空间细分为离散单元格后,单元格边缘处的曲面显示会不连续,所以由二维插值到三维插值的演变过程,出现了三线插值。

五、让该算法的加速计算可以利用线程技术,但是根据论文中的体积,插值过程是由卷积计算来完成的,当然插值的算法有很多,但是总体的思路很重要。


这篇关于《PCL点云库学习VS2010(X64)》Part 23 快速双边滤波算法之三线插值的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/515320

相关文章

龙蜥操作系统Anolis OS-23.x安装配置图解教程(保姆级)

《龙蜥操作系统AnolisOS-23.x安装配置图解教程(保姆级)》:本文主要介绍了安装和配置AnolisOS23.2系统,包括分区、软件选择、设置root密码、网络配置、主机名设置和禁用SELinux的步骤,详细内容请阅读本文,希望能对你有所帮助... ‌AnolisOS‌是由阿里云推出的开源操作系统,旨

Python中的随机森林算法与实战

《Python中的随机森林算法与实战》本文详细介绍了随机森林算法,包括其原理、实现步骤、分类和回归案例,并讨论了其优点和缺点,通过面向对象编程实现了一个简单的随机森林模型,并应用于鸢尾花分类和波士顿房... 目录1、随机森林算法概述2、随机森林的原理3、实现步骤4、分类案例:使用随机森林预测鸢尾花品种4.1

shell脚本快速检查192.168.1网段ip是否在用的方法

《shell脚本快速检查192.168.1网段ip是否在用的方法》该Shell脚本通过并发ping命令检查192.168.1网段中哪些IP地址正在使用,脚本定义了网络段、超时时间和并行扫描数量,并使用... 目录脚本:检查 192.168.1 网段 IP 是否在用脚本说明使用方法示例输出优化建议总结检查 1

Rust中的Option枚举快速入门教程

《Rust中的Option枚举快速入门教程》Rust中的Option枚举用于表示可能不存在的值,提供了多种方法来处理这些值,避免了空指针异常,文章介绍了Option的定义、常见方法、使用场景以及注意事... 目录引言Option介绍Option的常见方法Option使用场景场景一:函数返回可能不存在的值场景

HarmonyOS学习(七)——UI(五)常用布局总结

自适应布局 1.1、线性布局(LinearLayout) 通过线性容器Row和Column实现线性布局。Column容器内的子组件按照垂直方向排列,Row组件中的子组件按照水平方向排列。 属性说明space通过space参数设置主轴上子组件的间距,达到各子组件在排列上的等间距效果alignItems设置子组件在交叉轴上的对齐方式,且在各类尺寸屏幕上表现一致,其中交叉轴为垂直时,取值为Vert

Ilya-AI分享的他在OpenAI学习到的15个提示工程技巧

Ilya(不是本人,claude AI)在社交媒体上分享了他在OpenAI学习到的15个Prompt撰写技巧。 以下是详细的内容: 提示精确化:在编写提示时,力求表达清晰准确。清楚地阐述任务需求和概念定义至关重要。例:不用"分析文本",而用"判断这段话的情感倾向:积极、消极还是中性"。 快速迭代:善于快速连续调整提示。熟练的提示工程师能够灵活地进行多轮优化。例:从"总结文章"到"用

不懂推荐算法也能设计推荐系统

本文以商业化应用推荐为例,告诉我们不懂推荐算法的产品,也能从产品侧出发, 设计出一款不错的推荐系统。 相信很多新手产品,看到算法二字,多是懵圈的。 什么排序算法、最短路径等都是相对传统的算法(注:传统是指科班出身的产品都会接触过)。但对于推荐算法,多数产品对着网上搜到的资源,都会无从下手。特别当某些推荐算法 和 “AI”扯上关系后,更是加大了理解的难度。 但,不了解推荐算法,就无法做推荐系

【前端学习】AntV G6-08 深入图形与图形分组、自定义节点、节点动画(下)

【课程链接】 AntV G6:深入图形与图形分组、自定义节点、节点动画(下)_哔哩哔哩_bilibili 本章十吾老师讲解了一个复杂的自定义节点中,应该怎样去计算和绘制图形,如何给一个图形制作不间断的动画,以及在鼠标事件之后产生动画。(有点难,需要好好理解) <!DOCTYPE html><html><head><meta charset="UTF-8"><title>06

学习hash总结

2014/1/29/   最近刚开始学hash,名字很陌生,但是hash的思想却很熟悉,以前早就做过此类的题,但是不知道这就是hash思想而已,说白了hash就是一个映射,往往灵活利用数组的下标来实现算法,hash的作用:1、判重;2、统计次数;

康拓展开(hash算法中会用到)

康拓展开是一个全排列到一个自然数的双射(也就是某个全排列与某个自然数一一对应) 公式: X=a[n]*(n-1)!+a[n-1]*(n-2)!+...+a[i]*(i-1)!+...+a[1]*0! 其中,a[i]为整数,并且0<=a[i]<i,1<=i<=n。(a[i]在不同应用中的含义不同); 典型应用: 计算当前排列在所有由小到大全排列中的顺序,也就是说求当前排列是第