点云库PCL从入门到精通

　　点云库（Point Cloud Library， PCL）是在吸收了点云相关研究基础上建立起来的跨平台开源库， 可在Windows、 Linux、 Android、 Mac OS X，以及大部分嵌入式实时系统上运行，目前已经得 到了广泛应用。本书为应用点云库技术的指导图书，旨在帮助读者对其以快速、有效的方式上手 操作并实际应用，大限度地节省读者的入门与技术提升时间。书中首先介绍了三维点云处理的 相关理论知识，之后则重点从实际的点云处理功能模块出发，通过大量具体的实践案例介绍如何 使用该项技术解决实际问题。 本书可作为计算机图形学、机器人、遥感测量、虚拟现实、人机交互、CAD／CAM逆向工程等领域 的科研人员进行产品开发、科研项目、课题项目时的参考指南，也可作为大中专院校及培训班相 关专业师生的学习手册。

　　郭浩：PCL（Point Cloud Learning）中国（www.pclcn.org）创始人之一。2008年开始致力于点云数据获取、智能化处理及相关应用的研发和教学工作，目前致力于PCL开源库在中国各个相关行业的传道、授业、解惑。在点云数据获取处理领域，公开发表EI/SCI论文十余篇及相关著作1本。

第1章概述

11PCL是什么

12点云处理技术与PCL的前世今生

13点云处理技术能给工程师们带来什么

131测绘领域

132无人驾驶领域

133机器人领域

134人机交互领域

135逆向工程与其他工业自动化领域

136BIM领域

14PCL的结构与核心内容

第2章PCL入门

21快速安装与源码编译安装

211Windows下配置安装PCL开发

环境

212ROS下配置搭建PCL开发环境

213用第三方预编译包从源码搭建

开发环境

214从源码搭建开发环境

22开发工程的建立与项目管理

221Windows下建立编译链接PCL

工程

222ROS下建立编译链接PCL工程

23PCL编码风格简介

231PCL编程规范

232如何编写新的PCL类

233PCL的点类型以及如何增加

自定义的点类型

234PCL中的异常处理机制

第3章输入输出（IO）

31IO涉及的设备及相关概念

311OpenNI及类Kinect设备

312以Project Tango为代表的便携式

消费级点云获取设备

313PCL目前支持的点云获取设备

314PCL中IO模块及类

32IO入门级实例解析

321PCD文件格式

322PCD文件IO操作

323两个点云中的字段或数据连接

324基于OpenNI接口的点云数据

获取

325PLY、LAS等常见数据格式与

PCD的转换

326利用Kinect2获取点云数据

33IO精通级实例解析

331ROS下进行点云数据实时获取

与可视化

332自选设备scanCONTROL与PCL

实时获取与可视化点云数据

333利用Tango进行点云数据获取

334基于Structure from Motion 的点云

数据获取

第4章kd tree与八叉树

41kd tree和八叉树的概念及

相关算法

411kd tree概念及相关算法

412PCL中kd tree模块及类

413八叉树概念及相关算法 

414PCL中八叉树模块及类

42kd tree与八叉树入门级实例解析

421在PCL中如何实现快速邻域

搜索

422在PCL中如何实现点云压缩

423基于八叉树的空间划分及搜索

操作

424无序点云数据集的空间变化

检测

第5章可视化

51PCL中visualization模块及类 

52可视化入门级实例解析

521简单点云可视化

522可视化深度图像

523PCLVisualizer可视化类

524PCLPlotter可视化特征直方图

53可视化精通级实例解析

531PCL结合Qt使用框架

532PCL结合MFC使用框架

533客户端浏览器上对点云进行

可视化

点云库PCL从入门到精通

目录

第6章点云滤波

61PCL中实现的滤波算法及相关概念

611PCL中的点云滤波方案

612双边滤波算法

613PCL中filters模块及类

62点云滤波入门级实例解析

621使用直通滤波器对点云进行滤波

处理

622使用VoxelGrid滤波器对点云进行

下采样

623使用StatisticalOutlierRemoval滤波

器移除离群点

624使用参数化模型投影点云

625从一个点云中提取一个子集

626使用ConditionalRemoval或Radius

OutlierRemoval移除离群点

627CropHull任意多边形内部点云

提取

63点云滤波精通级实例解析：IPhone X

手机外壳全尺寸检测

631项目需求概述

632利用滤波可以实现的功能

第7章深度图像

71RangeImage概念及相关算法

711深度图像简介

712PCL中RangeImage的相关类 

72深度图像入门级实例解析

721如何从一个点云创建一个深度

图像

722如何从深度图像中提取边界

73深度图像精通级实例解析点云到

深度图的变换与曲面重建

第8章关键点

81关键点概念及相关算法

82关键点入门级实例解析

821如何从距离图像中提取NARF

关键点

822SIFT关键点提取 

823Harris关键点提取

83关键点精通级实例解析：基于对应点

分类的对象识别

第9章采样一致性

91随机采样一致性相关概念及算法

92采样一致性入门级实例解析

93采样一致性精通级实例解析：两两点

云获取设备自动标定

931项目需求概述

932具体实现

第10章3D点云特征描述与提取

101特征描述与提取的概念及相关

算法

10113D形状内容描述子  

1012旋转图像

1013PCL中特征描述与提取模块

及类

102点云特征描述与提取入门级实例

解析

1021PCL中描述三维特征相关基础

1022估计一个点云的表面法线

1023使用积分图进行法线估计

1024点特征直方图描述子

1025快速点特征直方图描述子 

1026估计一点云的VFH特征

1027如何从一个深度图像中提取

NARF特征

1028特征描述算子算法基准化分析

1029RoPs特征

10210基于惯性矩与偏心率的

描述子

10211BoundaryEstimation进行边界

提取

103点云特征描述与提取精通级实例

解析

10313D对象识别的假设验证

1032隐式形状模型方法

1033点云数据视频流的刚性物体位姿

估计与跟踪定位软件

第11章点云配准

111PCL中实现的配准算法及相关

概念

1111一对点云配准

1112对应估计

1113对应关系去除

1114变换矩阵估算

1115迭代最近点算法

1116采样一致性初始对齐算法

1117PCL中Registration模块及类

112点云配准入门级实例解析

1121如何使用迭代最近点ICP

算法

1122如何逐步匹配多幅点云

1123如何使用正态分布变换进行

配准

1124交互式迭代最近点配准

1125刚性物体的位姿估计

113点云配准精通级实例解析

1131如何将扫描数据与模板对象进行

配准

1132基于VFH描述子聚类识别与

位姿估计

1133动态库封装DIY接口与测试

1134交互式多深度摄像头标定

软件

第12章点云分割

121点云分割概念及相关算法

1211聚类分割算法

1212基于随机采样一致性的分割

1213PCL中Segmentation模块及类

122点云分割入门级实例解析

1221在PCL中如何实现平面模型

分割

1222在PCL中如何实现圆柱体模型

分割

1223在PCL中如何实现欧式聚类

提取

1224基于区域生长的分割

1225基于颜色的区域生长分割

1226最小图割的分割

1227基于法线微分的分割

1228基于超体素的点云分割

1229渐进式形态学滤波地面分割

12210条件欧氏聚类点云分割

123点云分割精通级实例解析：运动

对象分割与配准算法实现

1231代码

1232各个关键功能步骤分析

1233运动分割与配准结果

第13章点云曲面重建

131surface模块中实现的算法及相关

概念

1311凸包算法

1312Ear Clipping三角化算法

1313贪婪投影三角化算法

1314移动立方体算法

1315泊松曲面重建算法

1316PCL中 surface模块及类

132点云曲面重建入门级实例解析

1321基于多项式平滑点云及法线估计

的曲面重建

1322在平面模型上构建凸（凹）

多边形

1323无序点云的快速三角化

1324基于B样条曲线的曲面重建

133点云曲面重建精通级实例解析：

平面点云的B样条曲线拟合

1331B样条曲线和B样条曲线拟合

概述

1332平面点云B样条曲线拟合详细

步骤

第14章电力线巡检

141电力线巡检概述

1411电力线巡检介绍 

1412在电力线巡检领域做的工作

142电力线巡检应用实例解析

1421电力线点云获取

1422结果展示

1423总结

第15章文物古迹保护

151文物古迹保护概述

1511文物古迹保护介绍

1512在文物古迹保护领域所做

工作

152文物古迹保护应用实例解析：博物馆

文物三维数字化

1521应用概述

1522具体实施步骤

1523博物馆文物三维数字化结果

展示

1524三维数字化总结

第16章地形测量

161地形测绘概述

1611地形测量介绍

1612在地形测量领域所做工作

162地形测量应用实例解析：机载激光雷

达在山区地质灾害调查中的应用

1621应用概述

1622具体实施步骤

1623激光雷达获取地形数据结果

展示

1624激光雷达获取地形数据总结

第17章无人驾驶

171无人驾驶概述

1711无人驾驶介绍 

1712在无人驾驶领域做的工作

172基于点云数据获取与处理技术的无人

驾驶公司列表

第18章逆向工程

181逆向工程概述

1811逆向工程介绍

1812在逆向工程领域所做工作

182逆向工程应用实例解析：汽车部件

逆向工程

1821汽车部件逆向工程概述

1822汽车部件逆向工程解决方案

1823汽车部件逆向工程结果展示

1824汽车部件逆向工程总结

第19章植物表型测量

191植物表型测量概述

1911植物表型测量介绍 

1912在植物表型测量领域所做

工作

192植物表型测量应用实例解析

1921玉米果穗点云分割

1922玉米叶片点云与茎秆点云

分离

1923激光雷达林业资源调查

第20章家畜表型测量

201家畜表型测量概述

2011家畜表型测量介绍 

2012在家畜表型测量领域所做

工作

202基于点云数据的家畜表型测量应用

实例解析

2021家畜多视角体表点云获取

2022基于点云数据的家畜自动化体尺

测点提取及交互式体尺测量

附录：国内外点云数据处理商业软件

集合

参考文献