3D视觉CV界的终极体现形式，计算机如何「看」这个三维世界

点云的内容：根据激光测量原理得到的点云，包括三维坐标（XYZ）和激光反射强度（Intensity），强度信息与目标的表面材质、粗糙度、入射角方向以及仪器的发射能量、激光波长有关。根据摄影测量原理得到的点云，包括三维坐标（XYZ）和颜色信息（RGB）。结合激光测量和摄影测量原理得到点云，包括三维坐标（XYZ）、激光反射强度（Intensity）和颜色信息（RGB）。

点云的属性：空间分辨率、点位精度、表面法向量等。

虽然 RGB-D 相机应用广泛，但会受到很多硬件的限制，目前深度相机输出的深度图存在很多问题，比如对于光滑物体表面反射、透明物体、半透明物体、深色物体等都会造成深度图缺失。而且很多深度相机是大片的深度值缺失，后续还需要进一步的深度图补全操作。

图源：https://www.cnblogs.com/CV-life/p/10105480.html

上图为拍摄的室外一个街道的点云图，如果仔细观察，能看清建筑物、树木的轮廓等。就上图而言，点云的优点可以归为以下几点：首先，点云可以表达物体的空间轮廓和具体位置，我们能看到街道、房屋的形状，物体距离摄像机的距离也是可知的；其次，点云本身和视角无关，可以任意旋转，从不同角度和方向观察一个点云，而且不同的点云只要在同一个坐标系下就可以直接融合。

接下来，放大点云，如下图所示，如果将点云放大，最后看到的就是一个个离散的点。也就是空间中成千上万的点组成了一个点的集合，这个点集合构成了上面的街道房屋等。

点云放大图，图源：https://www.cnblogs.com/CV-life/p/10105480.html

从放大的点云图侧面反映了点云的缺点，可归结为以下几点：三维点云比图像多了一个维度，即深度；点云是不规则分布的，相比于图像式的规整网格更难处理；点云缺少了图像中的纹理，而是一个个孤立的点，会丢失很多信息。除此以外，点云是分布在空间中（XYZ 点）非结构化数据（无网格）；在图像中，像素的数量是一个给定的常数，取决于相机。然而，点云的数量可能会有很大的变化，取决于各种传感器；点云的分辨率和离相机的距离有关。不能近距离的观察，只能在一个很远的视角才能观察整体。

下面来看一下点云结果对比，原始的 RGB-D 生成的点云结果如下：

图源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/42084058

下面动图显示了经过深度图补全后生成的点云结果如下：

图源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/42084058

点云的数据存储格式

点云存储文件格式有很多。一些文件格式致力于标准化与通用性，而今被多个相关软件或软件库所支持，也被大多数业内人士所认同和使用。点云目前的主要存储格式包括：pts、LAS、PCD、.xyz 和. pcap 等。选择合适的通用格式可以更好地与其它工具乃至其它组织对接，进而提高工作效率。下面简单列举一下点云的数据存储格式。

pts 点云文件格式是最简便的点云格式，直接按 XYZ 顺序存储点云数据， 可以是整型或者浮点型。如下图是截取的塑像点云的一部分。示例如下：

LAS 是激光雷达数据（LiDAR），存储格式比 pts 复杂，旨在提供一种开放的格式标准，允许不同的硬件和软件提供商输出可互操作的统一格式。现在 LAS 格式文件已成为 LiDAR 数据的工业标准格式。示例如下：

LAS 格式点云截图，其中 C：class(所属类)，F：flight(航线号)，T：time(GPS 时间)，I：intensity(回波强度)，R：return(第几次回波)，N：number of return(回波次数)，A：scan angle(扫描角)，RGB：red green blue(RGB 颜色值)。图源：https://www.cnblogs.com/chenbokai/p/6010143.html

PCD 存储格式，现有的文件结构因本身组成的原因不支持由 PCL 库（后文会进行介绍）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 格式具有文件头，用于描绘点云的整体信息：定义数字的可读头、尺寸、点云的维数和数据类型；一种数据段，可以是 ASCII 码或二进制码。数据本体部分由点的笛卡尔坐标构成，文本模式下以空格做分隔符。

PCD 存储格式是 PCL 库官方指定格式，典型的为点云量身定制的格式。优点是支持 n 维点类型扩展机制，能够更好地发挥 PCL 库的点云处理性能。文件格式有文本和二进制两种格式。示例如下：

图源：https://cloud.tencent.com/developer/article/1475778

.xyz 一种文本格式，前面 3 个数字表示点坐标，后面 3 个数字是点的法向量，数字间以空格分隔。示例如下：

.pcap 是一种通用的数据流格式，现在流行的 Velodyne 公司出品的激光雷达默认采集数据文件格式。它是一种二进制文件。

数据构成结构如下：

整体一个全局头部 (GlobalHeader)，然后分成若干个包（Packet），每个包又包含头部（Header）和数据（Data）部分。

相应基础算法库对不同格式的支持

（编辑：应用网_阳江站长网）

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