点云格式-PCD格式介绍

PCD格式介绍

一、概述
二、PCD 版本
三、文件格式头信息
四、数据存储格式类型
五、优于其他文件格式的优点
六、例子

一、概述

在这里插入图片描述

PCD文件格式是PCL库最常用的一种数据格式、也是其提供的一个独有的数据格式，PCD文件格式并不是要重新发明轮子，而是为了补充现有的文件格式，这些文件格式由于某种原因不支持PCL为n-D点云处理带来的一些扩展。

PCD并不是第一种支持3D点云数据的文件类型。特别是计算机图形学和计算几何社区，已经创建了许多格式来描述使用激光扫描仪获得的任意多边形和点云。这些格式包括:

PLY：一种多边形文件格式，由斯坦福大学的Turk等人开发
STL ：由3D系统创建的立体光刻CAD软件的原生文件格式
OBJ：一种几何定义文件格式，最初由Wavefront Technologies开发
X3D：用于表示3D计算机图形数据的基于xml的ISO标准文件格式

上述所有文件格式都有一些缺点，这在接下来的章节中会解释——这是很自然的，因为在今天的传感技术和算法发明之前，它们是为不同的目的和不同的时间创建的。

二、PCD 版本

在点云库(PCL) 1.0版本发布之前，PCD文件格式可能有不同的修订号。它们以PCD_Vx编号(例如，PCD_V5, PCD_V6, PCD_V7等)，并表示版本号0。用于PCD文件。

然而，PCL中PCD文件格式的正式入口点应该是0.7版本(PCD_V7)。

三、文件格式头信息

每个PCD文件都包含一个头文件，用于标识和声明存储在文件中的点云数据的某些属性。PCD的头必须用ASCII编码。

请注意

PCD文件中指定的每个头条目以及ascii点数据(见下文)使用新行(\n)分隔。

从0.7版本开始，PCD头包含以下条目:

VERSION ：指定PCD文件的版本
FIELDS ：指定一个点可以拥有的每个维度/字段的名称。例子:

FIELDS x y z                                # XYZ data
FIELDS x y z rgb                            # XYZ + colors
FIELDS x y z normal_x normal_y normal_z     # XYZ + surface normals
FIELDS j1 j2 j3                             # moment invariants
...

SIZE：以字节为单位指定每个维度的大小。例子:
1. Unsigned char/char有1个字节
2. Unsigned short/short有2个字节
3. Unsigned int/int/float有4个字节
4. Double有8个字节
TYPE ：指定每个维度的类型为字符。目前接受的类型是:

I -表示有符号类型int8 (char)， int16 (short)和int32 (int)

U -表示unsigned类型uint8 (unsigned char)， uint16 (unsigned short)， uint32 (unsigned int)

F -表示浮点类型
COUNT ：指定每个维度有多少个元素。例如，x数据通常有1个元素，但像VFH这样的特征描述符有308个元素。基本上，这是一种在每个点上引入n-D直方图描述符的方法，并将它们视为单个连续的内存块。默认情况下，如果COUNT不存在，则所有维度的计数设置为1。
WIDTH：指定点云数据集的宽度，以点数为单位。WIDTH有两个含义:
它可以为无组织的数据集指定云中点的总数(与点数相等，见下文);

它可以指定一个有组织的点云数据集的宽度(一行中的点总数)。

有组织的点云数据集是指类似于有组织的图像(或矩阵)结构的点云，其中的数据被分成行和列。这种点云的例子包括来自立体相机或飞行时间相机的数据。有组织的数据集的优点是，通过知道相邻点(如像素)之间的关系，最近邻操作效率更高，从而加快了计算速度，降低了PCL中某些算法的成本。

WIDTH 640     # 每行640 个点

HEIGHT ：指定了点云数据集的高度，以点的数量表示。

HEIGHT ：它可以指定组织点云数据集的高度(总行数);

对于无组织的数据集，它被设置为1(因此用于检查数据集是否有组织)。

WIDTH 640       # 类似图像的组织结构，480行640列
HEIGHT 480      # 因此640*480=数据集中的总点数307200

WIDTH 307200
HEIGHT 1        # 无组织点云数据集，有307200个点

VIEWPOINT：为数据集中的点指定一个获取视点。这可能会在以后用于在不同坐标系之间建立转换，或者用于帮助处理需要一致方向的表面法线等特征。

视点信息被指定为平移(tx ty tz) +四元数(qw qx qy qz)。默认值为:

VIEWPOINT 0 0 0 1 0 0 0

POINTS ：指定云中的点数总数。在版本0.7中，它的目的有点多余，所以我们希望在未来的版本中删除它。

POINTS 307200   # the total number of points in the cloud

DATA ：指定存储点云数据的数据类型。从0.7版本开始，支持三种数据类型:ascii、binary和binary_compressed。有关更多细节，请参见下一节。头部最后一行(DATA)之后的下一个字节被认为是点云数据的一部分，并将被这样解释。

注意，头表项必须精确地按照上述顺序指定，不然会读取元数据失败即:

VERSION
FIELDS
SIZE
TYPE
COUNT
WIDTH
HEIGHT
VIEWPOINT
POINTS
DATA

四、数据存储格式类型

从0.7版本开始，.PCD文件格式使用三种不同的模式来存储数据:

ASCII（文本格式）、binary 、binary_compressed。

在ASCII格式中，每个点在新的一行上:

p_1
p_2
p_3
p_4
...p_n

请注意

从PCL 1.0.1版本开始，NaN的字符串表示为" NaN "。

在binary （二进制），其中数据是pcl::PointCloud的完整内存副本。点阵列/向量。在Linux系统上，我们使用mmap/munmap操作来实现对数据最快的读/写访问。
在binary_compressed形式。正文(报头之后的所有内容)以一个32位无符号二进制数开始，该二进制数以压缩形式指定数据的字节大小。接下来是另一个32位无符号二进制数，它以未压缩形式指定数据的字节大小。然后是压缩后的数据。压缩和解压缩使用Marc Lehmann的LZF算法完成。它在缩小尺寸方面表现一般，但速度非常快。对于典型的点云，压缩后的数据只有原始大小的30%到60%。在压缩之前，数据被重新排序以改进压缩，从标准的结构数组布局到数组结构布局。例如，有三个点和字段x, y, z的云将从xyzxyzxyz重新排序为xxxyyyzzz。

以简单的ascii格式存储点云数据，每个点在一行，空格或制表符上分开，没有任何其他字符，以及以二进制转储格式存储点云数据，使我们能够两全其美:简单和速度，这取决于底层应用程序。ascii格式允许用户打开点云文件并使用gnuplot等标准软件工具绘制它们，或者使用sed、awk等工具对它们进行操作。

五、优于其他文件格式的优点

将PCD作为(又一种)文件格式可以看作是PCL患上了“这里没有发明”综合症。实际上，情况并非如此，因为上面提到的文件格式都没有提供PCD文件的灵活性和速度。一些明确的优点包括:

存储和处理有组织的点云数据集的能力——这对于实时应用和增强现实、机器人等研究领域至关重要;
二进制mmap/munmap数据类型是将数据加载和保存到磁盘的最快方式。
存储不同的数据类型(支持的所有原语:char、short、int、float、double)允许点云数据在存储和处理方面灵活高效。无效的点维通常存储为NAN类型。
特征描述符的n-D直方图-对于3D感知/计算机视觉应用非常重要

另一个优点是，通过控制文件格式，我们可以最好地使其适应PCL，从而获得PCL应用程序的最高性能，而不是将不同的文件格式适应PCL作为本机类型，并通过转换函数引起额外的延迟。

尽管PCD(点云数据)是PCL中的原生文件格式，但pcl_io库也提供以上述所有其他文件格式保存和加载数据的api

六、例子

# .PCD v.7 - Point Cloud Data file format
VERSION .7
FIELDS x y z rgb
SIZE 4 4 4 4
TYPE F F F F
COUNT 1 1 1 1
WIDTH 213
HEIGHT 1
VIEWPOINT 0 0 0 1 0 0 0
POINTS 213
DATA ascii
0.93773 0.33763 0 4.2108e+06
0.90805 0.35641 0 4.2108e+06
0.81915 0.32 0 4.2108e+06
0.97192 0.278 0 4.2108e+06
0.944 0.29474 0 4.2108e+06
0.98111 0.24247 0 4.2108e+06
0.93655 0.26143 0 4.2108e+06
0.91631 0.27442 0 4.2108e+06
0.81921 0.29315 0 4.2108e+06
0.90701 0.24109 0 4.2108e+06
0.83239 0.23398 0 4.2108e+06
0.99185 0.2116 0 4.2108e+06
0.89264 0.21174 0 4.2108e+06
0.85082 0.21212 0 4.2108e+06
0.81044 0.32222 0 4.2108e+06
0.74459 0.32192 0 4.2108e+06
0.69927 0.32278 0 4.2108e+06
0.8102 0.29315 0 4.2108e+06
0.75504 0.29765 0 4.2108e+06
0.8102 0.24399 0 4.2108e+06
0.74995 0.24723 0 4.2108e+06
0.68049 0.29768 0 4.2108e+06
0.66509 0.29002 0 4.2108e+06
0.69441 0.2526 0 4.2108e+06
0.62807 0.22187 0 4.2108e+06
0.58706 0.32199 0 4.2108e+06
0.52125 0.31955 0 4.2108e+06
0.49351 0.32282 0 4.2108e+06
0.44313 0.32169 0 4.2108e+06
0.58678 0.2929 0 4.2108e+06
0.53436 0.29164 0 4.2108e+06
0.59308 0.24134 0 4.2108e+06
0.5357 0.2444 0 4.2108e+06
0.50043 0.31235 0 4.2108e+06
0.44107 0.29711 0 4.2108e+06
0.50727 0.22193 0 4.2108e+06
0.43957 0.23976 0 4.2108e+06
0.8105 0.21112 0 4.2108e+06
0.73555 0.2114 0 4.2108e+06
0.69907 0.21082 0 4.2108e+06
0.63327 0.21154 0 4.2108e+06
0.59165 0.21201 0 4.2108e+06
0.52477 0.21491 0 4.2108e+06
0.49375 0.21006 0 4.2108e+06
0.4384 0.19632 0 4.2108e+06
0.43425 0.16052 0 4.2108e+06
0.3787 0.32173 0 4.2108e+06
0.33444 0.3216 0 4.2108e+06
0.23815 0.32199 0 4.808e+06
0.3788 0.29315 0 4.2108e+06
0.33058 0.31073 0 4.2108e+06
0.3788 0.24399 0 4.2108e+06
0.30249 0.29189 0 4.2108e+06
0.23492 0.29446 0 4.808e+06
0.29465 0.24399 0 4.2108e+06
0.23514 0.24172 0 4.808e+06
0.18836 0.32277 0 4.808e+06
0.15992 0.32176 0 4.808e+06
0.08642 0.32181 0 4.808e+06
0.039994 0.32283 0 4.808e+06
0.20039 0.31211 0 4.808e+06
0.1417 0.29506 0 4.808e+06
0.20921 0.22332 0 4.808e+06
0.13884 0.24227 0 4.808e+06
0.085123 0.29441 0 4.808e+06
0.048446 0.31279 0 4.808e+06
0.086957 0.24399 0 4.808e+06
0.3788 0.21189 0 4.2108e+06
0.29465 0.19323 0 4.2108e+06
0.23755 0.19348 0 4.808e+06
0.29463 0.16054 0 4.2108e+06
0.23776 0.16054 0 4.808e+06
0.19016 0.21038 0 4.808e+06
0.15704 0.21245 0 4.808e+06
0.08678 0.21169 0 4.808e+06
0.012746 0.32168 0 4.808e+06
-0.075715 0.32095 0 4.808e+06
-0.10622 0.32304 0 4.808e+06
-0.16391 0.32118 0 4.808e+06
0.00088411 0.29487 0 4.808e+06
-0.057568 0.29457 0 4.808e+06
-0.0034333 0.24399 0 4.808e+06
-0.055185 0.24185 0 4.808e+06
-0.10983 0.31352 0 4.808e+06
-0.15082 0.29453 0 4.808e+06
-0.11534 0.22049 0 4.808e+06
-0.15155 0.24381 0 4.808e+06
-0.1912 0.32173 0 4.808e+06
-0.281 0.3185 0 4.808e+06
-0.30791 0.32307 0 4.808e+06
-0.33854 0.32148 0 4.808e+06
-0.21248 0.29805 0 4.808e+06
-0.26372 0.29905 0 4.808e+06
-0.22562 0.24399 0 4.808e+06
-0.25035 0.2371 0 4.808e+06
-0.29941 0.31191 0 4.808e+06
-0.35845 0.2954 0 4.808e+06
-0.29231 0.22236 0 4.808e+06
-0.36101 0.24172 0 4.808e+06
-0.0034393 0.21129 0 4.808e+06
-0.07306 0.21304 0 4.808e+06
-0.10579 0.2099 0 4.808e+06
-0.13642 0.21411 0 4.808e+06
-0.22562 0.19323 0 4.808e+06
-0.24439 0.19799 0 4.808e+06
-0.22591 0.16041 0 4.808e+06
-0.23466 0.16082 0 4.808e+06
-0.3077 0.20998 0 4.808e+06
-0.3413 0.21239 0 4.808e+06
-0.40551 0.32178 0 4.2108e+06
-0.50568 0.3218 0 4.2108e+06
-0.41732 0.30844 0 4.2108e+06
-0.44237 0.28859 0 4.2108e+06
-0.41591 0.22004 0 4.2108e+06
-0.44803 0.24236 0 4.2108e+06
-0.50623 0.29315 0 4.2108e+06
-0.50916 0.24296 0 4.2108e+06
-0.57019 0.22334 0 4.2108e+06
-0.59611 0.32199 0 4.2108e+06
-0.65104 0.32199 0 4.2108e+06
-0.72566 0.32129 0 4.2108e+06
-0.75538 0.32301 0 4.2108e+06
-0.59653 0.29315 0 4.2108e+06
-0.65063 0.29315 0 4.2108e+06
-0.59478 0.24245 0 4.2108e+06
-0.65063 0.24399 0 4.2108e+06
-0.70618 0.29525 0 4.2108e+06
-0.76203 0.31284 0 4.2108e+06
-0.70302 0.24183 0 4.2108e+06
-0.77062 0.22133 0 4.2108e+06
-0.41545 0.21099 0 4.2108e+06
-0.45004 0.19812 0 4.2108e+06
-0.4475 0.1673 0 4.2108e+06
-0.52031 0.21236 0 4.2108e+06
-0.55182 0.21045 0 4.2108e+06
-0.5965 0.21131 0 4.2108e+06
-0.65064 0.2113 0 4.2108e+06
-0.72216 0.21286 0 4.2108e+06
-0.7556 0.20987 0 4.2108e+06
-0.78343 0.31973 0 4.2108e+06
-0.87572 0.32111 0 4.2108e+06
-0.90519 0.32263 0 4.2108e+06
-0.95526 0.34127 0 4.2108e+06
-0.79774 0.29271 0 4.2108e+06
-0.85618 0.29497 0 4.2108e+06
-0.79975 0.24326 0 4.2108e+06
-0.8521 0.24246 0 4.2108e+06
-0.91157 0.31224 0 4.2108e+06
-0.95031 0.29572 0 4.2108e+06
-0.92223 0.2213 0 4.2108e+06
-0.94979 0.24354 0 4.2108e+06
-0.78641 0.21505 0 4.2108e+06
-0.87094 0.21237 0 4.2108e+06
-0.90637 0.20934 0 4.2108e+06
-0.93777 0.21481 0 4.2108e+06
0.22244 -0.0296 0 4.808e+06
0.2704 -0.078167 0 4.808e+06
0.24416 -0.056883 0 4.808e+06
0.27311 -0.10653 0 4.808e+06
0.26172 -0.10653 0 4.808e+06
0.2704 -0.1349 0 4.808e+06
0.24428 -0.15599 0 4.808e+06
0.19017 -0.025297 0 4.808e+06
0.14248 -0.02428 0 4.808e+06
0.19815 -0.037432 0 4.808e+06
0.14248 -0.03515 0 4.808e+06
0.093313 -0.02428 0 4.808e+06
0.044144 -0.02428 0 4.808e+06
0.093313 -0.03515 0 4.808e+06
0.044144 -0.03515 0 4.808e+06
0.21156 -0.17357 0 4.808e+06
0.029114 -0.12594 0 4.2108e+06
0.036583 -0.15619 0 4.2108e+06
0.22446 -0.20514 0 4.808e+06
0.2208 -0.2369 0 4.808e+06
0.2129 -0.208 0 4.808e+06
0.19316 -0.25672 0 4.808e+06
0.14497 -0.27484 0 4.808e+06
0.030167 -0.18748 0 4.2108e+06
0.1021 -0.27453 0 4.808e+06
0.1689 -0.2831 0 4.808e+06
0.13875 -0.28647 0 4.808e+06
0.086993 -0.29568 0 4.808e+06
0.044924 -0.3154 0 4.808e+06
-0.0066125 -0.02428 0 4.808e+06
-0.057362 -0.02428 0 4.808e+06
-0.0066125 -0.03515 0 4.808e+06
-0.057362 -0.03515 0 4.808e+06
-0.10653 -0.02428 0 4.808e+06
-0.15266 -0.025282 0 4.808e+06
-0.10653 -0.03515 0 4.808e+06
-0.16036 -0.037257 0 4.808e+06
0.0083286 -0.1259 0 4.2108e+06
0.0007442 -0.15603 0 4.2108e+06
-0.1741 -0.17381 0 4.808e+06
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