PCD文件格式并非白费力气地做重复工作,现有的文件结构因本身组成的原因不支持由PCL库引进n维点类型机制处理过程中的某些扩展,而PCD文件格式能够很好地补足这一点。PCD不是第一个支持3D点云数据的文件类型,尤其是计算机图形学和计算几何学领域,已经创建了很多格式来描述任意多边形和激光扫描仪获取的点云。包括下面几种格式:
PLY | 是一种多边形文件格式,由Stanford大学的Turk等人设计开发; |
---|---|
STL | 是3D Systems公司创建的模型文件格式,主要应用于CAD、CAM领域; |
OBJ | 是从几何学上定义的文件格式,首先由Wavefront Technologies开发; |
X3D | 是符合ISO标准的基于XML的文件格式,表示3D计算机图形数据; |
/ | 其他许多种格式。 |
以上所有的文件格式都有缺点。这是很自然的,因为它们是在不同时间为了不同的使用目的所创建的,那时今天的新的传感器技术和算法都还没有发明出来。
每一个PCD文件包含一个文件头,它确定和声明文件中存储的点云数据的某种特性。PCD文件头必须用ASCII码来编码。PCD文件中指定的每一个文件头字段以及ascii点数据都用一个新行(\n)分开了,从0.7版本开始,PCD文件头包含下面的字段:
指定PCD文件版本
指定一个点可以有的每一个维度和字段的名字。例如:
- FIELDS x y z # XYZ data
- FIELDS x y z rgb # XYZ + colors
- FIELDS x y z normal_xnormal_y normal_z # XYZ + surface normals
- FIELDS j1 j2 j3 # moment invariants
用字节数指定每一个维度的大小。例如:
unsigned char/char has 1 byte
unsigned short/short has 2 bytes
unsignedint/int/float has 4 bytes
double has 8 bytes
用一个字符指定每一个维度的类型。现在被接受的类型有:
I –表示有符号类型int8(char)、int16(short)和int32(int);
U – 表示无符号类型uint8(unsigned char)、uint16(unsigned short)和uint32(unsigned int);
F –表示浮点类型。
指定每一个维度包含的元素数目。例如:
x这个数据通常有一个元素,但是像VFH这样的特征描述子就有308个。实际上这是在给每一点引入n维直方图描述符的方法,把它们当做单个的连续存储块。默认情况下,如果没有COUNT,所有维度的数目被设置成1。
用点的数量表示点云数据集的宽度。根据是有序点云还是无序点云,WIDTH有两层解释:
例如:WIDTH 640 # 每行有640个点
用点的数目表示点云数据集的高度。类似于WIDTH ,HEIGHT也有两层解释:
有序点云例子:
WIDTH 640 # 像图像一样的有序结构,有640行和480列,
HEIGHT 480 # 这样该数据集中共有640*480=307200个点
无序点云例子:
WIDTH 307200
HEIGHT 1 # 有307200个点的无序点云数据集
指定数据集中点云的获取视点(原点)。
VIEWPOINT有可能在不同坐标系之间转换的时候应用,在辅助获取其他特征时也比较有用,例如曲面法线,在判断方向一致性时,需要知道视点的方位.
视点信息被指定为平移(txtytz)+四元数(qwqxqyqz)。默认值是:VIEWPOINT 0 0 0 1 0 0 0
指定点云中点的总数。从0.7版本开始,该字段就有点多余了,因此有可能在将来的版本中将它移除。
例子:
POINTS 307200 #点云中点的总数为307200
指定存储点云数据的数据类型。从0.7版本开始,支持两种数据类型:ascii和二进制。
注意:文件头最后一行(DATA)的下一个字节就被看成是点云的数据部分了,它会被解释为点云数据。
警告:PCD文件的文件头部分必须以上面的顺序精确指定,也就是如下顺序:
VERSION、FIELDS、SIZE、TYPE、COUNT、WIDTH、HEIGHT、VIEWPOINT、POINTS、DATA
之间用换行隔开。
数据存储类型
在0.7版本中,.PCD文件格式用两种模式存储数据:
p_1
p_2
...
p_n
注意:从PCL 1.0.1版本开始,用字符串“nan”表示NaN,此字符表示该点的值不存在或非法等。
下面贴出了PCD文件的一个片段。看看它的组成!
# .PCD v.7 - Point Cloud Data file format
VERSION .7
FIELDS x y z rgb
SIZE 4 4 4 4
TYPE F FFF
COUNT 1 1 1 1
WIDTH 213
HEIGHT 1
VIEWPOINT 0 0 0 1 0 0 0
POINTS 213
DATA ascii
0.93773 0.33763 0 4.2108e+06
0.90805 0.35641 0 4.2108e+06
用PCD作为(另一种)文件格式可能被看成是没有必要的一项工作。但实际中,情况不是这样的,因为上面提到的文件格式无一能提高PCD文件的适用性和速度。PCD文件格式包括以下几个明显的优势:
1)存储和处理有序点云数据集的能力——这一点对于实时应用,例如增强现实、机器人学等领域十分重要;
2)二进制mmap/munmap数据类型是把数据下载和存储到磁盘上最快的方法;
3)存储不同的数据类型(支持所有的基本类型:char,short,int,float,double)——使得点云数据在存储和处理过程中适应性强并且高效,其中无效的点的通常存储为NAN类型;
4)特征描述子的n维直方图——对于3D识别和计算机视觉应用十分重要。
5)另一个优势是通过控制文件格式,我们能够使其最大程度上适应PCL,这样能获得PCL应用程序的最好性能,而不用把一种不同的文件格式改变成PCL的内部格式,这样的话通过转换函数会引起额外的延时。
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