《點(diǎn)云庫PCL學(xué)習(xí)教程》第4章-輸入、輸出(IO)

1、第4章 輸入、輸出（IO）編輯pptPCL中所有的處理都是基于點(diǎn)云展開的，利用不同的設(shè)備獲取點(diǎn)云、存儲點(diǎn)云等都是點(diǎn)云處理前后必須做的流程，PCL中有自己設(shè)計的內(nèi)部PCD文件格式，為此，設(shè)計讀寫該格式以及與其他3D文件格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化的接口類都是很必要的，目前PCL內(nèi)部支持對常用的3D格式文件的打開和存儲操作，以及與PCD內(nèi)部格式之間的互相轉(zhuǎn)化。本章首先對PCL中支持的點(diǎn)云獲取設(shè)備（如kinect）以及OpenNI開源框架作一個基本介紹，其次對PCL中的I/O模塊及相關(guān)類進(jìn)行簡單說明，最后通過應(yīng)用實例來展示如何對PCL中I/O模塊進(jìn)行靈活運(yùn)用。編輯ppt本章各小節(jié)目錄4.1 I/O涉及的設(shè)備及相

2、關(guān)概念簡介4.2 PCL中I/O模塊及類介紹4.3 應(yīng)用實例解析編輯ppt4.1 I/O涉及的設(shè)備及相關(guān)概念簡介編輯ppt4.1.1 OpenNI開源框架開源框架OpenNI(開放式自然交互)來源于由業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)的一個非營利性組織，創(chuàng)建于2010年11月，專注于提高和改善自然交互設(shè)備與應(yīng)用軟件的互操作能力。其官方網(wǎng)站于12月8號正式公開，主要成員之一是PrimeSense公司（Kinect的核心芯片正是由這家公司提供），其他成員還包括開發(fā)ROS的機(jī)器人公司W(wǎng)illow Garage，以及游戲公司Side-Kick等。OpenNI是一個多語言、跨平臺的框架，它定義了一套用于編寫通用自然交互應(yīng)用的AP

3、I。OpenNI的主要目的就是形成標(biāo)準(zhǔn)的API，便于下面兩個接口之間進(jìn)行通信：（1）視覺和音頻傳感器（用來感知周圍環(huán)境信息）。編輯ppt（2）視覺和音頻感知中間件（用來對應(yīng)用場景中所記錄的音頻和視覺數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與理解，例如能夠接收一份可見的圖像數(shù)據(jù)并返回從中檢測到的手掌位置信息）。OpenNI提供了一組基于傳感器設(shè)備實現(xiàn)的API和另外一組由中間件組件實現(xiàn)的API，打破了傳感器和中間件之間的依賴關(guān)系。這樣，使用OpenNI API開發(fā)應(yīng)用程序時就不需要在各種中間件模塊的上層操作上浪費(fèi)時間，可以做到一次編寫、隨處部署。OpenNI的這種分層設(shè)計機(jī)制允許中間件開發(fā)者可以直接基于最原始的數(shù)據(jù)格式編寫算

4、法，而不管這些數(shù)據(jù)是由何種傳感器設(shè)備產(chǎn)生，同時也讓傳感器生產(chǎn)商制造的設(shè)備能用于任何OpenNI兼容的應(yīng)用程序。OpenNI的這套標(biāo)準(zhǔn)化API使得自然交互應(yīng)用開發(fā)人員編輯ppt可以利用由傳感器輸入并計算過的數(shù)據(jù)類型，很方便地跟蹤處理現(xiàn)實生活中的場景（例如，可以是表示人體全身的數(shù)據(jù)，也可以是表示手的位置數(shù)據(jù)，或者僅僅是深度圖里面的一組像素等）。這樣可以保證編寫應(yīng)用程序的時候，不用考慮傳感器或中間件供應(yīng)商相關(guān)的細(xì)節(jié)。圖4-1展示了OpenNI框架的應(yīng)用概念，分為三層：（1）應(yīng)用層：基于OpenNI實現(xiàn)的自然交互應(yīng)用軟件。（2）中間件接口層：代表OpenNI本身，提供了傳感器和中間件之間的交互接口。（

5、3）硬件設(shè)備層：列出了捕捉視覺和音頻數(shù)據(jù)的多種硬件設(shè)備。編輯ppt4.1.2 OpenNI兼容設(shè)備兼容設(shè)備OpenNI目前已成為PCL集成進(jìn)來的第一個設(shè)備相關(guān)的第三方庫，用來抓取OpenNI兼容設(shè)備中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。上節(jié)描述的OpenNI應(yīng)用框架說明，只要底層的設(shè)備傳感器設(shè)備與OpenNI兼容，都可以作為點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入源，圖4-2則展示了目前流行的OpenNI兼容設(shè)備。其中，Primesense Reference Design、Microsoft Kinect和Asus XtionPro這3種攝像頭設(shè)備均進(jìn)行了OpenNI兼容性測試。選擇其中任何一個設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，都可以經(jīng)OpenNI處理后

6、轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)供上層應(yīng)用使用。如今，OpenNI已成為微軟xbox360配件kinect在PC上的開源驅(qū)動中必須安裝的一個API。編輯ppt4.2 PCL中I/O模塊及類介紹PCL中I/O庫提供了點(diǎn)云文件輸入輸出相關(guān)的操作類，并封裝了OpenNI兼容的設(shè)備源數(shù)據(jù)獲取接口，可直接從眾多感知設(shè)備獲取點(diǎn)云圖像等數(shù)據(jù)。I/O模塊利用21個類與28個函數(shù)實現(xiàn)了對點(diǎn)云的獲取、讀入、存儲等相關(guān)操作，其依賴于pcl_common和pcl_octree模塊以及OpenNI外部開發(fā)包。編輯ppt4.2.1 I/O模塊中類以及全局函數(shù)說明模塊中類以及全局函數(shù)說明I/O模塊中目前共有21個類，隨著RGDB設(shè)備的流行必

7、將引入更多的設(shè)備相關(guān)的I/O擴(kuò)展，以后有可能增加以下幾類。1. class pcl:FileReader類FileReader定義了PCD文件的讀取接口，主要用做其他讀取類的父類。從它繼承的子類必須實現(xiàn)自己的讀取函數(shù)，即該類中的純虛函數(shù)其繼承關(guān)系如圖4-3所示。但為了保持向后兼容，提供了FILE_V6版本文件讀取的實現(xiàn)函數(shù)。編輯ppt類FileReader關(guān)鍵成員函數(shù)：virtual intreadHeader(const std:string& file_name, sensor_msgs:PointCloud2& cloud, Eigen:Vector4f& origin, Eigen:Q

8、uaternionf& orientation, int& file_version, int& data_type, unsigned int& data_idx, const int offset=0)=0純虛函數(shù)，定義讀取點(diǎn)云文件頭的接口函數(shù)，其參數(shù)意義：file_name讀取文件的文件名。cloud存儲讀取后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，但只填充文件頭（關(guān)于PCD文件格式詳見本章后面實例分析）。origin點(diǎn)云獲取原點(diǎn)，該參數(shù)只有在文件版本大于FILE_V7才存在，否則為NULL。orientation點(diǎn)云獲取方向，該參數(shù)只有在文件版本大于FILE_V7才存在，否則為NULL。file_version文

9、件版本（FILE_V7或者FILE_V6）。編輯pptdata_type數(shù)據(jù)類型（二進(jìn)制置為1，ASCII碼置為0）。data_idx數(shù)據(jù)偏移文件頭末尾的偏移量。offset文件頭偏移文件開始的偏移量。virtual int read(const std:string&file_name, sensor_msgs:PointCloud2& cloud, Eigen:Vector4f& origin, Eigen:Quaternionf& orientation, int& file_version, const int offset=0)=0為純虛函數(shù)，定義讀取文件數(shù)據(jù)的接口函數(shù)，讀取文件中的

10、點(diǎn)云數(shù)據(jù)存儲到cloud對象中，其他參數(shù)同上函數(shù)。int read(const std:string &file_name, sensor_msgs:PointCloud2& cloud, const int offset = 0)功能同上函數(shù)（僅適用于FILE_V6版本文件獲取，因為sensor_msgs:PointCloud2不包含傳感器原點(diǎn)和方向數(shù)據(jù)，若讀取高版本數(shù)據(jù)會產(chǎn)生警告信息）。編輯ppttemplateint read(const std:string& file_name, pcl:PointCloud& cloud, const int offset=0)功能同上函數(shù)，只是帶

11、有模板參數(shù)的成員函數(shù)。2. class pcl:FileWriter類FileWriter與FileReader對應(yīng)，是寫入PCD文件的類接口定義，可以作為其他寫入類的父類。從它繼承的子類必須實現(xiàn)自己的寫入函數(shù)，即該類中的純虛函數(shù)，其繼承關(guān)系如圖4-4所示。編輯ppt類FileWriter關(guān)鍵成員函數(shù)：virtual int write(const std:string& file_name, const sensor_msgs:PointCloud2& cloud, const Eigen:Vector4f& origin=Eigen:Vector4f:Zero(), const Eigen

12、:Quaternionf& orientation=Eigen:Quaternionf:Identity(), const bool binary=false)=0;點(diǎn)云寫入到對應(yīng)文件的純虛函數(shù)接口定義，其參數(shù)意義：file_name寫入文件的文件名。cloud需要寫入的點(diǎn)云對象。origin寫入文件頭的點(diǎn)云獲取原點(diǎn)，默認(rèn)為(0, 0, 0, 0)。orientation寫入文件頭的點(diǎn)云獲取方向。binary設(shè)置寫入時的類型（true為二進(jìn)制，false為ASCII碼，默認(rèn)為ASCII碼）。編輯ppttemplateintwrite(const std:string& file_name, c

13、onst pcl:PointCloud& cloud, const bool binary=false)功能同上函數(shù)，只是添加了模板參數(shù)的模板成員函數(shù)。3. class pcl:Grabber類Grabber為對應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動接口的基類定義，繼承關(guān)系如圖4-5所示。編輯ppt類Grabber關(guān)鍵成員函數(shù)：templateboost:signals2:connectionregisterCallback(const boost:function& callback)提供回調(diào)函數(shù)指針，當(dāng)獲取每幀圖像或點(diǎn)云數(shù)據(jù)時都會啟動回調(diào)函數(shù)：templatebool providesCallback() cons

14、t判斷是否提供回調(diào)函數(shù)：virtual void start()=0啟動設(shè)備，開始傳輸數(shù)據(jù)流：virtual void stop()=0停止設(shè)備上的數(shù)據(jù)流傳輸：virtual std:string getName() const = 0編輯ppt返回明確的子類名字：virtual bool isRunning() const = 0判斷是否在傳輸數(shù)據(jù)流：virtual float getFramesPerSecond() const = 0獲取FPS幀率，即每秒多少幀數(shù)據(jù)。4. class openni_wrapper:OpenNIDevice類OpenNIDevice定義OpenNI設(shè)備的基

15、類，繼承該基類可以實現(xiàn)不同的OpenNI設(shè)備子類，用于獲取包括紅外數(shù)據(jù)、RGB數(shù)據(jù)、深度圖像數(shù)據(jù)等。繼承關(guān)系如圖4-6所示，目前包括如下設(shè)備Primesense PSDK，Microsoft Kinect，Asus Xtion Pro/Live。編輯ppt類OpenNIDevice關(guān)鍵成員函數(shù)：bool findCompatibleImageMode(const XnMapOutputMode& output_mode, XnMapOutputMode& mode)const throw()查詢是否有與output_mode對應(yīng)的圖像模式匹配的輸出模式，如果有則返回true并且存儲兼容模式在m

16、ode中，否返回值為false。例如設(shè)備支持30Hz的VGA模式，而請求輸出為30Hz的QVGA模式則通過下采樣是可以兼容的，但是設(shè)備支持25Hz的VGA而請求為30Hz的SXGA就不兼容。bool findCompatibleDepthMode(const XnMapOutputMode& output_mode, XnMapOutputMode& mode)const throw()功能和參數(shù)同上，只是針對深度圖像的模式，并非上述彩色圖像的模式。bool isImageModeSupported(const XnMapOutputMode& output_mode) const throw

17、()編輯ppt只判斷是否支持該output_mode所給定的圖像模式，支持返回true，否則返回false。bool isDepthModeSupported(const XnMapOutputMode& output_mode) const throw()只判斷是否支持該output_mode所給定的深度圖像模式，支持返回true，否則返回false。const XnMapOutputMode& getDefaultImageMode() const throw()const XnMapOutputMode& getDefaultDepthMode() const throw()const

18、XnMapOutputMode& getDefaultIRMode() const throw()以上三個函數(shù)分別是獲取默認(rèn)的RGB、深度、紅外圖像的輸出模式。void setImageOutputMode(const XnMapOutputMode& output_mode)編輯pptvoid setDepthOutputMode(const XnMapOutputMode& output_mode)void setIROutputMode(const XnMapOutputMode& output_mode)以上三個函數(shù)分別是設(shè)置RGB、深度、紅外圖像的輸出模式。XnMapOutputMo

19、de getImageOutputMode() constXnMapOutputMode getDepthOutputMode() constXnMapOutputMode getIROutputMode() const以上三個函數(shù)分別是獲取當(dāng)前的RGB、深度、紅外圖像的輸出模式。void setDepthRegistration(bool on_off)設(shè)置深度圖像是否與RGB圖像對齊。bool isDepthRegistrationSupported() const throw()判斷設(shè)備是否支持深度圖像與RGB圖像對齊void setSynchronization(bool on_off

20、)編輯ppt設(shè)置設(shè)備是否同步輸出RGB和深度圖像。bool isSynchronized() const throw()判斷設(shè)備是否同步輸出RGB和深度圖像，如果是返回true，否則返回false。bool isSynchronizationSupported() const throw()判斷設(shè)備是否支持同步輸出RGB和深度圖像。bool isDepthCropped() const返回深度圖像是否被裁剪過，是為true，否則為false。void setDepthCropping(unsigned x, unsigned y, unsigned width, unsigned height

21、)打開深度圖像的裁剪，x、y分別為兩個方向上的起始裁剪位置，width和height分別為保留的x與y方向上的尺寸。float getImageFocalLength(int output_x_resolution=0) const throw()編輯ppt獲取RGB圖像的焦距長度（像素）。float getDepthFocalLength(int output_x_resolution=0) const throw()獲取深度圖像的焦距長度（像素）。float getBaseline() const throw()獲取基線長度。virtual void startImageStream()v

22、irtual void stopImageStream()上面一對函數(shù)為啟動和停止RGB數(shù)據(jù)流的采集。virtual void startDepthStream()virtual void stopDepthStream()上面一對函數(shù)為啟動和停止深度數(shù)據(jù)流的采集。virtual void startIRStream()virtual void stopIRStream()編輯ppt上面一對函數(shù)為啟動和停止紅外數(shù)據(jù)流的采集。bool hasImageStream() const throw()bool hasDepthStream() const throw()bool hasIRStream

23、() const throw()以上三個函數(shù)分別判斷設(shè)備是否支持RGB、深度、紅外圖像數(shù)據(jù)采集，如果是返回true，否則返回false。virtual bool isImageStreamRunning() const throw()virtual bool isDepthStreamRunning() const throw()virtual bool isIRStreamRunning() const throw()以上三個函數(shù)分別判斷設(shè)備是否正在進(jìn)行RGB、深度、紅外圖像數(shù)據(jù)采集。CallbackHandle registerImageCallback(const ImageCallba

24、ckFunction& callback, void* cookie=NULL) throw()bool unregisterImageCallback(const CallbackHandle& callbackHandle) throw()編輯ppt上面一對函數(shù)分別為RGB圖像數(shù)據(jù)流的回調(diào)函數(shù)注冊與注銷。CallbackHandle registerDepthCallback(const DepthImageCallbackFunction& callback, void* cookie=NULL) throw()bool unregisterDepthCallback(const Cal

25、lbackHandle& callbackHandle) throw()上面一對函數(shù)分別為深度圖像數(shù)據(jù)流的回調(diào)函數(shù)注冊與注銷。CallbackHandle registerIRCallback(const IRImageCallbackFunction& callback, void* cookie=NULL) throw()bool unregisterIRCallback(const CallbackHandle& callbackHandle)throw()上面一對函數(shù)分別為紅外圖像數(shù)據(jù)流的回調(diào)函數(shù)注冊與注銷。編輯pptconst char* getSerialNumber() cons

26、t throw()獲取設(shè)備對應(yīng)的序列號，注意該返回值有可能為空字符串。const char* getConnectionString() const throw()獲取設(shè)備連接字符串，一般格式為vendorID/productIDBusID/DeviceID。const char* getVendorName() const throw()const char* getProductName() const throw()unsigned short getVendorID() const throw()unsigned short getProductID() const throw()以上

27、4個函數(shù)分別獲取廠商和產(chǎn)品的名字字符串及ID編號。unsigned char getBus() const throw()獲取設(shè)備所在的USB總線。編輯pptunsigned char getAddress() const throw()獲取設(shè)備所在USB地址。void setRGBFocalLength(float focal_length)void setDepthFocalLength(float focal_length)以上兩個函數(shù)分別設(shè)定RGB與深度圖像獲取時的焦距大小。5. class openni_wrapper:DeviceKinect6. class openni_wrap

28、per:DevicePrimesense7. class openni_wrapper:DeviceXtionPro以上3個類分別封裝了Kinect、Primesense、XtionPro相關(guān)設(shè)備操作和數(shù)據(jù)獲取操作實現(xiàn)，其詳細(xì)接口參考其父類OpenNIDevice的關(guān)鍵函數(shù)說明。8. Class openni_wrapper:DeviceONI編輯ppt封裝了利用ONI文件回放虛擬類kinect設(shè)備的操作和數(shù)據(jù)獲取操作實現(xiàn)，其詳細(xì)接口參考其父類OpenNIDevice的關(guān)鍵函數(shù)說明。9. Class openni_wrapper:OpenNIDriver類OpenNIDriver采用單例模式實

29、現(xiàn)對底層驅(qū)動的封裝，里面包含一xn:Context對象，提供給所有設(shè)備使用。該類提供了枚舉和訪問所有設(shè)備的方法實現(xiàn)。類OpenNIDevice關(guān)鍵成員函數(shù)：unsigned updateDeviceList()枚舉所有系統(tǒng)可以獲取的設(shè)備列表，返回獲取設(shè)備的數(shù)目。unsigned getNumberDevices() const throw()獲取系統(tǒng)可用設(shè)備的數(shù)目。編輯pptboost:shared_ptr createVirtualDevice(const std:string& path, bool repeat, bool stream) const從ONI文件創(chuàng)建一虛擬設(shè)備，其中pat

30、h為ONI文件的路徑，repeat設(shè)置是否虛擬設(shè)備支持無限循環(huán)從ONI文件獲取數(shù)據(jù)，stream設(shè)置虛擬設(shè)備是支持?jǐn)?shù)據(jù)流形式的數(shù)據(jù)獲取還是引發(fā)式的數(shù)據(jù)獲取。boost:shared_ptr getDeviceByIndex(unsigned index) const返回一設(shè)備，index為給定的設(shè)備索引。boost:shared_ptr getDeviceBySerialNumber(const std:string& serial_number) const返回一設(shè)備，serial_number為給定的設(shè)備的序列號。boost:shared_ptr getDeviceByAddress(un

31、signed char bus, unsigned char address) const編輯ppt返回一設(shè)備，bus為USB設(shè)備總線號，address為USB設(shè)備地址。const char* getSerialNumber(unsigned index) const throw()獲取索引為index的設(shè)備序列號，但該設(shè)備未被創(chuàng)建。const char* getConnectionString(unsigned index) const throw()獲取索引為index的設(shè)備連接字符串，但該設(shè)備未被創(chuàng)建。void stopAll()停止所有設(shè)備。static OpenNIDriver& g

32、etInstance()為靜態(tài)成員函數(shù)，獲取唯一的設(shè)備實例。static void getDeviceType(const std:string&connection_string, unsigned short&vendorId, unsigned short& productId);為靜態(tài)成員函數(shù)，獲取設(shè)備連接字符串存儲在connection_string，設(shè)備廠商及產(chǎn)品ID，存儲在編輯ppt為靜態(tài)成員函數(shù)，獲取設(shè)備連接字符串存儲在connection_string，設(shè)備廠商及產(chǎn)品ID，存儲在vendorId、productId中。10. Class openni_wrapper:Open

33、NIException類OpenNIException封裝一般的異常處理實現(xiàn)，其關(guān)鍵成員函數(shù)如下：virtual const char* what() const throw()返回異常消息字符串。const std:string &getFunctionName() const throw()返回發(fā)生異常的函數(shù)名。const std:string &getFileName() const throw()返回發(fā)生異常的文件名。unsigned getLineNumber() const throw()返回發(fā)生異常的行號。編輯ppt11. Class openni_wrapper:Image類I

34、mage是簡單的圖像數(shù)據(jù)封裝基類，其繼承關(guān)系如圖4-7所示。virtual bool isResizingSupported(unsigned input_width, unsigned input_height, unsigned output_width, unsigned output_height) const = 0純虛函數(shù)，具體實現(xiàn)見子類，判斷圖像是否支持尺寸變換，input_width、input_height為設(shè)定的寬度和高度，output_width、output_height變換后的寬度和高度。編輯pptvirtual void fillRGB(unsigned width

35、, unsigned height, unsigned char *rgb_buffer, unsigned rgb_line_step=0) const = 0用RGB數(shù)據(jù)填充用戶給定的rgb_buffer，返回圖像的寬度和高度為width、height，隔rgb_line_step行輸出到輸出緩存中。virtual Encoding getEncoding() const = 0返回原始編碼的方式。void fillRaw(unsigned char *rgb_buffer) const throw()用原始數(shù)據(jù)填充用戶給定的rgb_buffer。virtual void fillGray

36、scale(unsigned width, unsigned height, unsigned char* gray_buffer, unsigned gray_line_step=0)const = 0用灰度數(shù)據(jù)填充給定的gray_buffer，其他參數(shù)參考函數(shù)編輯pptfillRGB。unsigned getWidth() const throw()unsigned getHeight() const throw()以上兩個函數(shù)分別獲取圖像寬度和高度。unsigned getFrameID() const throw()獲取幀的ID號。Unsigned longgetTimeStamp()

37、 const throw()獲取圖像的時間戳。const xn:ImageMetaData &getMetaData() const throw()獲取圖像原始OpenNI格式數(shù)據(jù)。12. Class openni_wrapper:ImageBayerGRBG13. Class openni_wrapper:ImageRGB24編輯ppt14. Class openni_wrapper:ImageYUV422以上3個類分別實現(xiàn)了對原始數(shù)據(jù)BayerGRBG、RGB24、YUV422到圖像轉(zhuǎn)化接口，詳細(xì)參考其父類關(guān)鍵函數(shù)說明。15. Class pcl:OpenNIGrabber類OpenNIG

38、rabber實現(xiàn)對OpenNI設(shè)備（例如Primesense PSDK，Microsoft Kinect，Asus XTion Pro/Live）數(shù)據(jù)的采集接口，詳細(xì)參考其父類Grabber關(guān)鍵函數(shù)說明。16. class pcl:PCDReader17. class pcl:PLYReader以上兩個類分別是PCD、PLY文件格式讀入接口的實現(xiàn)，詳細(xì)參考其父類pcl:FileReader。18. class pcl:PLYWriter19. Class pcl:PCDWriter以上兩個類分別是PCD、PLY文件格式寫出接口的實現(xiàn)，編輯ppt詳細(xì)參考其父類pcl:FileWriter。20.

39、 Class pcl:PCLIOException類PCLIOException是I/O相關(guān)的異常處理接口實現(xiàn)，詳細(xì)參考其父類PCLException。編輯ppt4.2.2 I/O模塊其他關(guān)鍵成員說明模塊其他關(guān)鍵成員說明PCL_EXPORTS int pcl:io:saveOBJFile(const std:string& file_name, const pcl:TextureMesh& tex_mesh, unsigned precision=5)該函數(shù)實現(xiàn)對TextureMesh保存到OBJ文件，file_name為OBJ文件名，tex_mesh為網(wǎng)格模型數(shù)據(jù)，precision為保存時

40、的精度（默認(rèn)為5）。PCL_EXPORTS int pcl:io:saveOBJFile(const std:string& file_name, const pcl:PolygonMesh& mesh, unsigned precision=5)功能同上，存儲對象為PolygonMesh。int pcl:io:loadPCDFile(const std:string& file_name, sensor_msgs:PointCloud2& cloud)編輯ppt打開一版本的PCD文件，file_name為文件名，cloud存儲讀入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。templateint pcl:io:loadPC

41、DFile(const std:string& file_name, pcl:PointCloud& cloud)打開任何類型的PCD點(diǎn)云文件，file_name為文件名，cloud存儲讀入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。int pcl:io:savePCDFile(const std:string& file_name, const sensor_msgs:PointCloud2& cloud, constEigen:Vector4f& origin=Eigen:Vector4f:Zero(), const Eigen:Quaternionf& orientation=Eigen:Quaternionf:Ide

42、ntity(), const bool binary_mode=false)保存點(diǎn)云到PCD文件，file_name文件名，cloud需要保存的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，origin為獲取點(diǎn)云的原點(diǎn)，orientation為獲取點(diǎn)云的方向，binary_mode設(shè)置是否保存為二進(jìn)編輯ppt制格式，默認(rèn)為false。templateint pcl:io:savePCDFile(const std:string& file_name, const pcl:PointCloud& cloud, bool binary_mode=false)保存點(diǎn)云到PCD文件，file_name文件名，cloud需要保存的點(diǎn)云數(shù)據(jù)

43、，binary_mode設(shè)置是否保存為二進(jìn)制格式，默認(rèn)為false。templateint pcl:io:savePCDFileASCII(const std:string& file_name, const pcl:PointCloud& cloud)以ASCII方式保存點(diǎn)云到PCD文件，file_name文件名，cloud需要保存的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。templateint pcl:io:savePCDFileBinary(const std:string& file_name, const編輯pptpcl:PointCloud& cloud)以二進(jìn)制方式保存點(diǎn)云到PCD文件，file_name文件

44、名，cloud需要保存的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。void pcl:throwPCLIOException(const char function_name, const char file_name, unsigned line_number, const char format, )異常處理函數(shù)，function_name發(fā)生異常的函數(shù)名，file_name發(fā)生異常的文件名，發(fā)生異常的行號line_number，發(fā)生異常的拋出消息format。templateint pcl:io:loadPLYFile(const std:string& file_name, pcl:PointCloud& cloud)

45、打開ply文件，file_name文件名，cloud保存打開的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。template編輯pptint pcl:io:savePLYFile(const std:string& file_name, const pcl:PointCloud& cloud, bool binary_mode=false)保存點(diǎn)云到PLY文件，file_name文件名，cloud需要保存的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，binary_mode設(shè)置是否保存為二進(jìn)制格式，默認(rèn)為false。templateint pcl:io:savePLYFileASCII(const std:string& file_name, const pcl:

46、PointCloud& cloud)templateint pcl:io:savePLYFileBinary(const std:string& file_name, const pcl:PointCloud& cloud)以上兩個函數(shù)分別以為ASCII和二進(jìn)制方式保存點(diǎn)云到ply文件，file_name文件名，cloud需要保存的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。PCL_EXPORTS int pcl:io:savePLYFile(const std:string&編輯pptfile_name, const pcl:PolygonMesh& mesh, unsigned precision=5)保存PolygonM

47、esh對象到PLY文件，file_name為PLY文件名，mesh為需要保存的對象數(shù)據(jù)，precision為保存精度（默認(rèn)為5）。CL_EXPORTS void pcl:io:saveRgbPNGFile(const std:string &file_name, const unsigned char rgb_image, int width, int height)保存RGB數(shù)據(jù)為PNG文件，file_name為PNG文件名，rgb_image為RGB數(shù)據(jù)，width、height為圖像數(shù)據(jù)的寬度和高度。PCL_EXPORTS void pcl:io:saveMonoPNGFile(cons

48、t std:string& file_name, const unsigned char mono_image, int width, int height)功能同上，只是保存的數(shù)據(jù)為灰度圖像格式。PCL_EXPORTS void pcl:io:saveShortPNGFile(const std:string& file_name, const unsigned short short_image, int width, int 編輯pptheight)功能同上，只是保存的數(shù)據(jù)為16位灰度圖像格式。templatevoid pcl:io:savePNGFile(const std:strin

49、g& file_name, const pcl:PointCloud& cloud)保存點(diǎn)云中RGB域為png文件，cloud為包含RGB域的點(diǎn)云對象，file_name為png文件名。PCL_EXPORTS int pcl:io:saveVTKFile(const std:string& file_name, const pcl:PolygonMesh& triangles, unsigned precision=5)保存PolygonMesh對象數(shù)據(jù)為VTK文件，file_name為VTK文件名，triangles為需要保存的數(shù)據(jù)，precision為保存精度（默認(rèn)為5）。編輯ppt4.3

50、 應(yīng)用實例解析編輯ppt4.3.1 PCD(點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù))文件格式文件格式本小節(jié)描述PCD(點(diǎn)云數(shù)據(jù))文件格式，及其他在點(diǎn)云庫（PCL）中應(yīng)用的方法。1. 為什么用一種新的文件格式？為什么用一種新的文件格式？PCD文件格式并非白費(fèi)力氣地做重復(fù)工作，現(xiàn)有的文件結(jié)構(gòu)因本身組成的原因不支持由PCL庫引進(jìn)n維點(diǎn)類型機(jī)制處理過程中的某些擴(kuò)展，而PCD文件格式能夠很好地補(bǔ)足這一點(diǎn)。PCD不是第一個支持3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)的文件類型，尤其是計算機(jī)圖形學(xué)和計算幾何學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)創(chuàng)建了很多格式來描述任意多邊形和激光掃描儀獲取的點(diǎn)云。包括下面幾種格式：（1）PLY是一種多邊形文件格式，由Stanford大學(xué)的Turk等

51、人設(shè)計開發(fā)。（2）STL是3D Systems公司創(chuàng)建的模型文件格式，主要應(yīng)用于CAD、CAM領(lǐng)域；編輯ppt（3）OBJ是從幾何學(xué)上定義的文件格式，首先由Wavefront Technologies開發(fā)；（4）X3D是符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的基于XML的文件格式，表示3D計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)；（5）其他許多種格式。以上所有的文件格式都有缺點(diǎn)，在下一節(jié)會講到。這是很自然的，因為它們是在不同時間為了不同的使用目的所創(chuàng)建的，那時今天的新的傳感器技術(shù)和算法都還沒有發(fā)明出來。2. PCD版本版本在點(diǎn)云庫（PCL）版本發(fā)布之前，PCD文件格式有不同的修訂號。這些修訂號用PCV_Vx來編號（例如，PCD_V5、PCD_

52、V6、PCD_V7等等），代表PCD文件的版本號。然而PCL中PCD文件格式的正式發(fā)布是編輯ppt版本（PCD_V7）。3. 文件頭格式文件頭格式每一個PCD文件包含一個文件頭，它確定和聲明文件中存儲的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的某種特性。PCD文件頭必須用ASCII碼來編碼。PCD文件中指定的每一個文件頭字段以及ascii點(diǎn)數(shù)據(jù)都用一個新行（n）分開了，從版本開始，PCD文件頭包含下面的字段：（1）VERSION指定PCD文件版本。（2）FIELDS指定一個點(diǎn)可以有的每一個維度和字段的名字。例如：FIELDS x y z #XYZ dataFIELDS x y z rgb #XYZ+colorsFIELDS

53、x y z normal_x normal_y normal_z #XYZ+surface normalsFIELDS j1 j2 j3編輯ppt（3）SIZE用字節(jié)數(shù)指定每一個維度的大小。例如：unsigned char/char? has 1 byteunsigned short/short? has 2 bytesunsigned int/int/float? Has 4 bytesdouble?has 8 bytes（4）TYPE用一個字符指定每一個維度的類型?，F(xiàn)在被接受的類型有：I表示有符號類型int8(char)、int16(short)和int32(int);U表示無符號類型ui

54、nt8(unsigned char)、uint16(unsigned short)和uint32(unsigned int);F表示浮點(diǎn)類型。（5）COUNT指定每一個維度包含的元素數(shù)目。例如，編輯pptX這個數(shù)據(jù)通常有一個元素，但是像VFH這樣的特征描述子就有308個。實際上這是在給每一點(diǎn)引入n維直方圖描述符的方法，把它們當(dāng)做單個的連續(xù)存儲塊。默認(rèn)情況下，如果沒有COUNT，所有維度的數(shù)目被設(shè)置成1。（6）WIDTH用點(diǎn)的數(shù)量表示點(diǎn)云數(shù)據(jù)集的寬度。數(shù)據(jù)是有序點(diǎn)云還是無序點(diǎn)云，WIDTH有兩層解釋：它能確定無序數(shù)據(jù)集的點(diǎn)云中點(diǎn)的個數(shù)（和下面的POINTS一樣）。它能確定有序點(diǎn)云數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)（一

55、行中點(diǎn)的數(shù)目）。注意：有序點(diǎn)云數(shù)據(jù)集，意味著點(diǎn)云是類似于圖像（或者矩陣）的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)分為行和列。這種點(diǎn)云的實例包括立體攝像機(jī)和時間飛行攝像機(jī)生成的數(shù)據(jù)。有序數(shù)據(jù)集的優(yōu)勢在于，預(yù)先了解相鄰點(diǎn)（和像素點(diǎn)）的編輯ppt關(guān)系，鄰域操作更加高效，這樣就加速了計算并降低了PCL中某些算法的成本。例如：WIDTH 640 #每行有640個點(diǎn)（7）HEIGHT用點(diǎn)的數(shù)目表示點(diǎn)云數(shù)據(jù)集的高度。類似于WIDTH，HEIGHT也有兩層解釋：它表示有序點(diǎn)云數(shù)據(jù)集的高度（行的總數(shù)）；對于無序數(shù)據(jù)集它被設(shè)置成1（被用來檢查一個數(shù)據(jù)集是有序還是無序）。有序點(diǎn)云例子：WIDTH 640 #像圖像一樣的有序結(jié)構(gòu)，有640行和4

56、80列HEIGHT 480 #這樣該數(shù)據(jù)集中共有640 480=307200個點(diǎn)無序點(diǎn)云例子：編輯pptWIDTH 307200HEIGHT 1 #有307200個點(diǎn)的無序點(diǎn)云數(shù)據(jù)集（8）VIEWPOINT指定數(shù)據(jù)集中點(diǎn)云的獲取視點(diǎn)。VIEWPOINT有可能在不同坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換的時候應(yīng)用，在輔助獲取其他特征時也比較有用，例如曲面法線，在判斷方向一致性時，需要知道視點(diǎn)的方位，視點(diǎn)信息被指定為平移（txtytz）+四元數(shù)（qwqxqyqz）。默認(rèn)值是：VIEWPOINT 0 0 0 1 0 0 0（9）POITNS指定點(diǎn)云中點(diǎn)的總數(shù)。從版本開始該字段就有點(diǎn)多余了，因此有可能在將來的版本中將它移除。

57、例子：POINTS 307200 #點(diǎn)云中點(diǎn)的總數(shù)為307200編輯ppt（10）DATA指定存儲點(diǎn)云數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型。從版本開始支持兩種數(shù)據(jù)類型：ASCII碼和二進(jìn)制。查看下一節(jié)可以獲得更多細(xì)節(jié)。注意：文件頭最后一行（DATA）的下一個字節(jié)就被看成是點(diǎn)云的數(shù)據(jù)部分了，它會被解釋為點(diǎn)云數(shù)據(jù)。警告：PCD文件的文件頭部分必須以上面的順序精確指定，也就是如下順序：VERSION、FIELDS、SIZE、TYPE、COUNT、WIDTH、HEIGHT、VIEWPOINT、POINTS、DATA之間用換行隔開。4. 數(shù)據(jù)存儲類型數(shù)據(jù)存儲類型在版本中，PCD文件格式用兩種模式存儲數(shù)據(jù)：如果以ASCII形式

58、，每一點(diǎn)占據(jù)一個新行：p_1p_2編輯pptp_n注意：從版本開始，用字符串“nan”表示NaN，此字符表示該點(diǎn)的值不存在或非法等。如果以二進(jìn)制形式，這里數(shù)據(jù)是數(shù)組（向量）的一份完整拷貝，在Linux系統(tǒng)上，我們用mmap/munmap操作來盡可能快地讀寫數(shù)據(jù)，存儲點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以用簡單的ASCII形式，每點(diǎn)占據(jù)一行，用空格鍵或Tab鍵分開，沒有其他任何字符。也可以用二進(jìn)制存儲格式，它既簡單又快速，當(dāng)然這依賴于用戶應(yīng)用。ASCII格式允許用戶打開點(diǎn)云文件，使用例如gunplot這樣的標(biāo)準(zhǔn)軟件工具更改點(diǎn)云文件數(shù)據(jù)，或者用sed、awk等工具來對它們進(jìn)行操作。5. 相對其他文件格式的優(yōu)勢相對其他文件格

59、式的優(yōu)勢提高適用性和速度。編輯ppt（1）存儲和處理有序點(diǎn)云數(shù)據(jù)集的能力（2）二進(jìn)制mmap/munmap數(shù)據(jù)類型是把數(shù)據(jù)下載和存儲到磁盤上最快的方法；（3）存儲不同的數(shù)據(jù)類型（4）特征描述子的n維直方圖另一個優(yōu)勢是通過控制文件格式，我們能夠使其最大程度上適應(yīng)PCL，這樣能獲得PCL應(yīng)用程序的最好性能，而不用把一種不同的文件格式改變成PCL的內(nèi)部格式，這樣的話通過轉(zhuǎn)換函數(shù)會引起額外的延時。注意：盡管PCD（點(diǎn)云數(shù)據(jù)）是PCL中的內(nèi)部文件格式，pcl_I/O庫也提供在前面提到的所有其他文件格式中保存和加載數(shù)據(jù)。6. 例子例子編輯ppt下面是PCD文件的一個片段。把它留給讀者以解析這些數(shù)據(jù)，看看它

60、的組成。#.PCD v.7 Point Cloud Data file formatVERSION .7FIELDS x y z rgbSIZE 4 4 4 4TYPE F FFFCOUNT 1 1 1 1 WIDTH 213HEIGHT 1VIEWPORT 0 0 0 1 0 0 0 POINTS 213DATA ascii0.93773 0.33763 0 4.2108e+060.90805 0.35641 0 4.2108e+06編輯ppt4.3.2 從從PCD文件中讀取點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件中讀取點(diǎn)云數(shù)據(jù)在本小節(jié)我們學(xué)習(xí)如何從PCD文件中讀取點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在本書提供光盤的第4章例1文件夾中，打開名為