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第1章 概述1

1.1 PCL是什么1

1.2点云处理技术与PCL的前世今生1

1.3点云处理技术能给工程师们带来什么2

1.3.1测绘领域2

1.3.2无人驾驶领域2

1.3.3机器人领域3

1.3.4人机交互领域3

1.3.5逆向工程与其他工业自动化领域3

1.3.6 BIM领域4

1.4 PCL的结构与核心内容5

第2章 PCL入门7

2.1快速安装与源码编译安装7

2.1.1 Windows下配置安装PCL开发环境7

2.1.2 ROS下配置搭建PCL开发环境14

2.1.3用第三方预编译包从源码搭建开发环境19

2.1.4从源码搭建开发环境19

2.2开发工程的建立与项目管理19

2.2.1 Windows下建立编译链接PCL工程19

2.2.2 ROS下建立编译链接PCL工程19

2.3 PCL编码风格简介27

2.3.1 PCL编程规范27

2.3.2如何编写新的PCL类32

2.3.3 PCL的点类型以及如何增加自定义的点类型42

2.3.4 PCL中的异常处理机制55

第3章 输入输出（IO）58

3.1IO涉及的设备及相关概念58

3.1.1 OpenNI及类Kinect设备58

3.1.2以Project Tango为代表的便携式消费级点云获取设备60

3.1.3 PCL目前支持的点云获取设备60

3.1.4 PCL中IO模块及类61

3.2 IO入门级实例解析61

3.2.1 PCD文件格式61

3.2.2 PCD文件IO操作64

3.2.3两个点云中的字段或数据连接67

3.2.4基于OpenNI接口的点云数据获取70

3.2.5 PLY、 LAS等常见数据格式与PCD的转换74

3.2.6利用Kinect2获取点云数据78

3.3 IO精通级实例解析81

3.3.1 ROS下进行点云数据实时获取与可视化81

3.3.2自选设备scanCONTROL与PCL实时获取与可视化点云数据85

3.3.3利用Tango进行点云数据获取88

3.3.4基于Structure from Motion的点云数据获取93

第4章 k-d tree与八叉树100

4.1 k-d tree和八叉树的概念及相关算法100

4.1.1 k-d tree概念及相关算法100

4.1.2 PCL中k-d tree模块及类101

4.1.3八叉树概念及相关算法101

4.1.4 PCL中八叉树模块及类102

4.2 k-d tree与八叉树入门级实例解析102

4.2.1在PCL中如何实现快速邻域搜索102

4.2.2在PCL中如何实现点云压缩104

4.2.3基于八叉树的空间划分及搜索操作108

4.2.4无序点云数据集的空间变化检测111

第5章 可视化114

5.1 PCL中visualization模块及类114

5.2可视化入门级实例解析114

5.2.1简单点云可视化114

5.2.2可视化深度图像117

5.2.3 PCLVisualizer可视化类120

5.2.4 PCLPlotter可视化特征直方图129

5.3可视化精通级实例解析133

5.3.1PCL结合Qt使用框架133

5.3.2 PCL结合MFC使用框架139

5.3.3客户端浏览器上对点云进行可视化147

第6章 点云滤波151

6.1 PCL中实现的滤波算法及相关概念151

6.1.1 PCL中的点云滤波方案151

6.1.2双边滤波算法152

6.1.3 PCL中filters模块及类152

6.2点云滤波入门级实例解析152

6.2.1使用直通滤波器对点云进行滤波处理152

6.2.2使用VoxelGrid滤波器对点云进行下采样154

6.2.3使用Statistical OutlierRemoval滤波器移除离群点155

6.2.4使用参数化模型投影点云157

6.2.5从一个点云中提取一个子集159

6.2.6使用ConditionalRemoval或Radius-OutlierRemoval移除离群点161

6.2.7 CropHull任意多边形内部点云提取164

6.3点云滤波精通级实例解析：IPhone X手机外壳全尺寸检测166

6.3.1项目需求概述166

6.3.2利用滤波可以实现的功能166

第7章 深度图像173

7.1 RangeImage概念及相关算法173

7.1.1深度图像简介173

7.1.2 PCL中RangeImage的相关类174

7.2深度图像入门级实例解析175

7.2.1如何从一个点云创建一个深度图像175

7.2.2如何从深度图像中提取边界177

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179

第8章 关键点182

8.1关键点概念及相关算法182

8.2关键点入门级实例解析183

8.2.1如何从距离图像中提取NARF关键点183

8.2.2 SIFT关键点提取185

8.2.3 Harris关键点提取187

8.3关键点精通级实例解析：基于对应点分类的对象识别188

第9章 采样一致性194

9.1随机采样一致性相关概念及算法194

9.2采样一致性入门级实例解析197

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201

9.3.1项目需求概述201

9.3.2具体实现201

第10章 3D点云特征描述与提取204

10.1特征描述与提取的概念及相关算法204

10.1.13D形状内容描述子204

10.1.2旋转图像205

10.1.3 PCL中特征描述与提取模块及类205

10.2点云特征描述与提取入门级实例解析205

10.2.1 PCL中描述三维特征相关基础205

10.2.2估计一个点云的表面法线208

10.2.3使用积分图进行法线估计212

10.2.4点特征直方图描述子213

10.2.5快速点特征直方图描述子216

10.2.6估计一点云的VFH特征219

10.2.7如何从一个深度图像中提取NARF特征221

10.2.8特征描述算子算法基准化分析224

10.2.9 RoPs特征228

10.2.10基于惯性矩与偏心率的描述子234

10.2.11 BoundaryEstimation进行边界提取235

10.3点云特征描述与提取精通级实例解析238

10.3.1 3D对象识别的假设验证238

10.3.2隐式形状模型方法241

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245

第11章 点云配准250

11.1 PCL中实现的配准算法及相关概念250

11.1.1一对点云配准250

11.1.2对应估计251

11.1.3对应关系去除252

11.1.4变换矩阵估算252

11.1.5迭代最近点算法252

11.1.6采样一致性初始对齐算法253

11.1.7 PCL中Registration模块及类253

11.2点云配准入门级实例解析253

11.2.1如何使用迭代最近点ICP算法253

11.2.2如何逐步匹配多幅点云256

11.2.3如何使用正态分布变换进行配准263

11.2.4交互式迭代最近点配准268

11.2.5刚性物体的位姿估计273

11.3点云配准精通级实例解析276

11.3.1如何将扫描数据与模板对象进行配准276

11.3.2基于VFH描述子聚类识别与位姿估计284

11.3.3动态库封装DIY接口与测试291

11.3.4交互式多深度摄像头标定软件294

第12章 点云分割300

12.1点云分割概念及相关算法300

12.1.1聚类分割算法300

12.1.2基于随机采样一致性的分割300

12.1.3 PCL中Segmentation模块及类301

12.2点云分割入门级实例解析301

12.2.1在PCL中如何实现平面模型分割301

12.2.2在PCL中如何实现圆柱体模型分割304

12.2.3在PCL中如何实现欧式聚类提取308

12.2.4基于区域生长的分割311

12.2.5基于颜色的区域生长分割313

12.2.6最小图割的分割316

12.2.7基于法线微分的分割319

12.2.8基于超体素的点云分割324

12.2.9渐进式形态学滤波地面分割331

12.2.10条件欧氏聚类点云分割333

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336

12.3.1代码336

12.3.2各个关键功能步骤分析336

12.3.3运动分割与配准结果341

第13章 点云曲面重建342

13.1 surface模块中实现的算法及相关概念342

13.1.1凸包算法342

13.1.2 Ear Clipping三角化算法342

13.1.3贪婪投影三角化算法343

13.1.4移动立方体算法343

13.1.5泊松曲面重建算法344

13.1.6 PCL中surface模块及类344

13.2点云曲面重建入门级实例解析344

13.2.1基于多项式平滑点云及法线估计的曲面重建344

13.2.2在平面模型上构建凸（凹）多边形347

13.2.3无序点云的快速三角化350

13.2.4基于B样条曲线的曲面重建353

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358

13.3.1 B样条曲线和B样条曲线拟合概述358

13.3.2平面点云B样条曲线拟合详细步骤359

第14章 电力线巡检364

14.1电力线巡检概述364

14.1.1电力线巡检介绍364

14.1.2在电力线巡检领域做的工作364

14.2电力线巡检应用实例解析366

14.2.1电力线点云获取366

14.2.2结果展示368

14.2.3总结368

第15章 文物古迹保护369

15.1文物古迹保护概述369

15.1.1文物古迹保护介绍369

15.1.2在文物古迹保护领域所做工作369

15.2文物古迹保护应用实例解析：博物馆文物三维数字化370

15.2.1应用概述370

15.2.2具体实施步骤371

15.2.3博物馆文物三维数字化结果展示372

15.2.4三维数字化总结374

第16章 地形测量375

16.1地形测绘概述375

16.1.1地形测量介绍375

16.1.2在地形测量领域所做工作375

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376

16.2.1应用概述376

16.2.2具体实施步骤376

16.2.3激光雷达获取地形数据结果展示378

16.2.4激光雷达获取地形数据总结380

第17章 无人驾驶381

17.1无人驾驶概述381

17.1.1无人驾驶介绍381

17.1.2在无人驾驶领域做的工作381

17.2基于点云数据获取与处理技术的无人驾驶公司列表384

第18章 逆向工程385

18.1逆向工程概述385

18.1.1逆向工程介绍385

18.1.2在逆向工程领域所做工作385

18.2逆向工程应用实例解析：汽车部件逆向工程386

18.2.1汽车部件逆向工程概述386

18.2.2汽车部件逆向工程解决方案387

18.2.3汽车部件逆向工程结果展示388

18.2.4汽车部件逆向工程总结388

第19章 植物表型测量389

19.1植物表型测量概述389

19.1.1植物表型测量介绍389

19.1.2在植物表型测量领域所做工作389

19.2植物表型测量应用实例解析391

19.2.1玉米果穗点云分割391

19.2.2玉米叶片点云与茎秆点云分离394

19.2.3激光雷达林业资源调查398

第20章 家畜表型测量403

20.1家畜表型测量概述403

20.1.1家畜表型测量介绍403

20.1.2在家畜表型测量领域所做工作403

20.2基于点云数据的家畜表型测量应用实例解析405

20.2.1家畜多视角体表点云获取405

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409

附录：国内外点云数据处理商业软件集合412

参考文献418