MeshLab中进行点云配准

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2024-08-19 15:01:13 225人阅读

　　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。

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　　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)

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　　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。

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　　这一变换对应的变换矩阵T为：

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　　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。

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　　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。

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　　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。

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　　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

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　　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。

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

　　将猴头从位置2变换到位置1的矩阵为T^-¹：

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