用meshlab做点云配准

红太狼 2022-12-15 06:08 729阅读 0赞

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**　　[MeshLab][]**是一个开源、可移植和可扩展的三维几何处理系统，主要用于交互处理和非结构化编辑三维三角形网格。它支持多种文件格式：

*  import:**PLY, STL, OFF, OBJ, 3DS, COLLADA, PTX, V3D, PTS, APTS, XYZ, GTS, TRI, ASC, X3D, X3DV, VRML, ALN**
 *  export:**PLY, STL, OFF, OBJ, 3DS, COLLADA, VRML, DXF, GTS, U3D, IDTF, X3D**

下面来试一下MeshLab中的点云配准功能，为了进行验证，需要先创建两块位置姿态不匹配的点云。这里使用开源的三维建模软件Blender，首先在Blender中按X键删除默认的立方体后，按Shift+A创建一个猴头suzanne（Suzanne is Blender's alternative to more common test models such as the Utah Teapot and the Stanford Bunny），然后添加一个修改器，Subdivision Surface将Render设置为1之后点击Apply。

![890966-20161106085741424-1696900113.png][]

接下来将其输出为PLY格式的文件( PLY文件格式是Stanford大学开发的一套三维mesh模型数据格式，它允许以ASCII码格式或二进制形式存储文件，在图形学的研究领域中PLY是种常用且重要的文件格式)

![890966-20161106090152783-147213352.png][]

然后将该猴头在Blender中平移和旋转到另一个位置，这里沿着XYZ轴分别平移了2个单位（Blender中使用键盘命令：GX2、GY2、GZ2），然后绕Z轴旋转了-45°（RZ-45），最后也将其输出为PLY文件。

![890966-20161106090952846-1377160979.png][]

这一变换对应的变换矩阵**T**为：

![890966-20161108105829092-1683947316.png][]

在MeshLab中导入这两个文件，渲染模式选为点后可以看到两块点云，如下图所示。

![890966-20161106091429049-921464642.png][]

接着点击工具栏上的Align按钮进行配准，这时会弹出一个Align Tool的对话框。首先要选择参考点云，这里将没有平移旋转的原始点云作为参考，然后点击Glue Here Mesh，选择好之后点云名字前面会出现一个星号。

![890966-20161106092421065-1213119180.png][]

然后选择另一块点云，点击Point Based Glueing，这时弹出一个窗口，在两块点云上手动选择匹配点，至少选4对点之后点OK确认。双击鼠标左键进行选择，按住Ctrl双击左键消除选择。

![890966-20161106093010033-1955253335.png][]

之后会发现，两块点云基本上重合在了一起，并且第二块点云名字前也出现了一个星号。初始配准之后，我们将进行ICP配准，注意Param ICP Default中的默认参数，根据需要进行修改。如果我们的两块点云大小相同，那么就要勾选Rigid matching选型。如果我们不勾选，那最终的变换矩阵中将会有一个缩放因子。

*  采样点数目（Sample Number）：this is the number of samples it pulls from each mesh to compare to the other meshes. You do not want to make this number too big. A small sample typically works quiet well. 1,000 to 5,000 is usually plenty.
 *  Minimal starting distance：this ignores any samples that are outside of this range. Typically for a manually aligned object you want this to be large enough to encompass your 'point picking' error. A value of 5 or 10 (in millimeters) is usually a good start. Once the initial alignements are complete, drop it down to 1mm to 'fine tune'
 *  Target distance（相当于均方误差mse）：an average alignment error value that the software will try to obtain from the process 
 *  最大迭代次数（Max iteration number）：the maximum number of iterations that the software will perform

![890966-20161106093252190-1832657085.png][]

点击Process之后软件开始自动计算，将工程保存为ALN文件（Align Project），之后用文本编辑器打开，可以看到Align文件中每一个点云都有一个代表其位置和姿态的旋转矩阵。

![复制代码][Image 1]

1.ply
    #
    1.000000 -0.000000 -0.000000 -0.000000 
    0.000000 1.000000 0.000000 -0.000000 
    0.000000 -0.000000 1.000000 -0.000000 
    0.000000 0.000000 0.000000 1.000000 
    2.ply
    #
    0.706755 -0.707458 0.000400 0.000489 
    0.707458 0.706755 0.000011 -2.828475 
    -0.000291 0.000275 1.000000 -1.999996 
    0.000000 0.000000 0.000000 1.000000

![复制代码][Image 1]

将猴头从位置2变换到位置1的矩阵为**T\-**1：

![890966-20161108110354795-208665535.png][]

对比可以看出MeshLab中的Align配准工具正确计算出了变换矩阵**T\-**1。需要注意的是，不要想当然的以为逆矩阵中的移动分量为(-2，-2，-2)T，参考《机器人学导论》中第2章——Spatial descriptions and transformations

已知B→A的齐次变换矩阵**T**，则A→B的齐次变换矩阵**T\-**1如下：

![890966-20161108113308249-1770798972.png][]

![890966-20161108113315780-533072576.png][]

参考：

[http://blog.csdn.net/szchtx/article/details/7587999][http_blog.csdn.net_szchtx_article_details_7587999]

[http://download.csdn.net/detail/chx\_man/6314891][http_download.csdn.net_detail_chx_man_6314891]

[MeshLab]: http://meshlab.sourceforge.net/
[890966-20161106085741424-1696900113.png]: /images/20221123/9d09a8b867124b399c26e05b3b10ca5b.png
[890966-20161106090152783-147213352.png]: /images/20221123/8c91d68d233a439a86a134c048274aa9.png
[890966-20161106090952846-1377160979.png]: /images/20221123/89db59d096a74ecb8961f7e2e10f5460.png
[890966-20161108105829092-1683947316.png]: /images/20221123/ae17c325667a42aa9f33b7774687c539.png
[890966-20161106091429049-921464642.png]: /images/20221123/fabcfd56bca24b278211783a9d25f44c.png
[890966-20161106092421065-1213119180.png]: /images/20221123/d87e202614594135b1bf93fc253a62dc.png
[890966-20161106093010033-1955253335.png]: /images/20221123/520054776441480884f3058715d580a6.png
[890966-20161106093252190-1832657085.png]: /images/20221123/9bdad8bda4334a9b93e4ba9d0adce0aa.png
[Image 1]: 
[890966-20161108110354795-208665535.png]: /images/20221123/3d40a4d67bfe434ba94c794fc50a2c5e.png
[890966-20161108113308249-1770798972.png]: /images/20221123/c8b726c1ff164650bb43625ae1b0eb5b.png
[890966-20161108113315780-533072576.png]: /images/20221123/68af1f68de4242638ef92f3866b9681a.png
[http_blog.csdn.net_szchtx_article_details_7587999]: http://blog.csdn.net/szchtx/article/details/7587999
[http_download.csdn.net_detail_chx_man_6314891]: http://download.csdn.net/detail/chx_man/6314891