一、 PCL中點云數據類型

由于采集設備不同時輸入點云信息不同，比如有的只有法向量，有的伴有顏色，強度等信息。必要時，使用者需要自己定義自己的類型。不過先看看PCL庫中定義的點云類型是否已經涵蓋。

1）PointXYZ

pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>

成員變量: float x, y, z;

最常見的一個點數據類型，因為它只包含三維xyz坐標信息， 值得注意的是它多加了一個浮點數來滿足內存對齊

//訪問xyz方式一

float x = cloud.points[i].data[0];

float y = cloud.points[i].data[1];

float z = cloud.points[i].data[2];

//訪問xyz方式二

float x = cloud.points[i].x;

float y = cloud.points[i].y;

float z = cloud.points[i].z;

2）PointXYZI

pcl::PointCloud<pcl::PointXYZI>

成員變量: float x, y, z, intensity; 表示XYZ信息加上強度信息的類型。

3）PointXYZRGBA

pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGBA>

成員變量: float x, y, z; uint32_t rgba;

表示XYZ信息加上RGBA信息，RGBA用32bit的int型存儲的。

4）PointXYZRGB

pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>

成員變量: float x, y, z, rgb; 表示XYZ信息加上RGB信息，RGB存儲為一個float。

5）PointXY

成員變量: float x, y;

6）InterestPoint

成員變量： float x, y, z, strength;

除了strength表示關鍵點的強度的測量值，其它的和PointXYZI類似

7）Normal

成員變量： float normal_x,normal_y,normal_z, curvature;

Normal結構體：表示給定點所在樣本曲面上的法線方向，以及對應曲率的測量值，用第四個元素來占位，兼容SSE和高效計算。用戶訪問法向量的第一個坐標，可以通過points[i].data_n[0]或者points[i].normal[0]或者points[i].normal_x，但曲率不能被存儲在同一個結構體中，因為它會被普通的數據操作覆蓋掉。

Eg：PointXYZRGBNormal - float x, y, z, rgb, normal[3], curvature; PointXYZRGBNormal存儲XYZ數據和RGB顏色的point結構體，并且包括曲面法線和曲率。

8）PointNormal

成員變量: float x, y, z,normal_x,normal_y,normal_z, curvature

9）PointXYZRGBNormal

成員變量：float x, y, z, rgb, normal_x,normal_y,normal_z, curvature;

10）PointXYZINormal

成員變量： float x, y, z, intensity, normal_x,normal_y,normal_z, curvature;

11）PointWithRange

成員變量：float x, y, z (union with float point[4]), range;

range包含從所獲得的視點到采樣點的距離測量值之外，其它與PointXYZI類似

12）PointWithViewpoint

成員變量：float x, y, z, vp_x, vp_y, vp_z; p_x、vp_y、vp_z以三維點表示所獲得的視點

13）MomentInvariants

成員變量：float j1, j2, j3; MomentInvariants是一個包含采樣曲面上面片的三個不變矩的point類型，描述面片上質量的分布情況

14）PrincipalRadiiRSD

是一個包含曲面塊上兩個RSD半徑的point類型，查看RSDEstimation以獲得更多信息

點云的數據格式：一般的點云形狀格式為[N, M]，其中N是點的個數，M可以類比成圖像中的通道數，如果點云只有x,y,z三個信息，那么M=3。

二、常見點云存儲文件格式簡介

*.las

LiDAR數據的工業標準格式，旨在提供一種開放的格式標準，允許不同的硬件和軟件提供商輸出可互操作的統一格式。是一種二進制文件格式。

一個符合LAS標準的LIDAR文件分為三個部分:公用文件頭塊(PUBLICHEADERBLOCK)、變量長度記(VARIABLELENGTHRECORDS)和點數據記錄(POINTDATARECORD)。

LAS文件包含以下信息：

C--class(所屬類)

F一flight(航線號)

T一time(GPS時間)

I一intensity(回波強度)

R一return(第幾次回波)

N一number of return(回波次數)

A一scan angle(掃描角)

RGB一red green blue(RGB顏色值)

示例：

可以看出，las文件格式除了基本的三維坐標之外，保留了原始掃描的數據采集信息。LAS格式定義中用到的數據類型遵循1999年ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute,美國國家標準化協會)C語言標準。

*.obj

OBJ文件是一種標準的3D模型文件格式，很適合用于3D軟件模型之間的互導。目前幾乎所有知名的3D軟件都支持OBJ文件的讀寫，不過很多軟件需要通過插件才能做到這一點。
另外，作為一種優秀的文件格式，很多游戲引擎也都支持OBJ文件的讀取。3D軟件模型之間的互導是一件很常見的事情，不幸的是，目前的3D軟件模型導出功能都不那么完美，經常會出現缺面少線的情況，有時還會遇到導出的模型根本打不開的情況。

OBJ文件是一種文本文件格式，比起二進制文件為主、連每個塊的用途也得試探的3DS，文本文件為主的OBJ對我們更友好。與3DS文件的樹狀[塊結構]不同，OBJ文件只是很單純的字典狀結構，沒有塊ID來表征名字而是簡單地用易懂的表意字符來表示。總之看上去是賞心悅目的樣子，而苦處也就只有實際寫導入代碼的時候才知道了。OBJ文件優化了存儲但劣化了讀寫。

OBJ文件不需要任何種文件頭(File Header)，盡管經常使用幾行文件信息的注釋作為文件的開頭。通常用以“#”開頭的注釋行作為文件頭。空格和空行可以隨意加到文件中以增加文件的可讀性。有字的行都由一兩個標記字母也就是關鍵字(Keyword)開頭，關鍵字可以說明這一行是什么樣的數據。多行可以邏輯地連接在一起表示一行，方法是在每一行最后添加一個連接符(\)。

注意連接符(\)后面不能出現空格或tab格，否則將導致文件出錯。

對于點云數據來說，其中最基本的兩個關鍵字：

• v 幾何體頂點 (Geometric vertices)
• f 面 (Face)

示例：

一個四邊形的數據表示：

v -0.58 0.84 0

v 2.68 1.17 0

v 2.84 -2.03 0

v -1.92 -2.89 0

f 1 2 3 4

其它元素請參考資料：

3D中的OBJ文件格式詳解 - 勇敢的公爵 - 博客園

*.off

1）相較于 OBJ 文件格式，OFF 文件的存儲信息格式要更為簡單一些。off文件為ASCII文件，以OFF關鍵字開頭。

2）在文件的開頭注明頂點、面片和邊的總數。

3）文件內部只包含頂點和面片的信息，前半部分是頂點坐標，每一行都是由面片的三個頂點的坐標值組成，

4）頂點以x，y，z坐標列出，每個頂點占一行。

5）不同于 OBJ 文件，OFF 文件的后半部分是面片信息，

6）OFF 文件的面片信息的表示很簡單，如 3 a b c，3 在 OFF 文件中相當于OBJ文件中面片的標志 f，a，b，c分別表示組成一個面片的三個頂點的索引號。在頂點列表之后是面列表，每個面占一行。對于每個邊，首先指定其包含的頂點數，隨后是這個面所包含的各頂點在前面頂點列表中的索引。

7）OFF 文件中邊的數量總是忽略不計的，表示為 0。因為 OFF 文件的格式簡單，很多在做三維模型數據輸出的時候，采用 OFF 文件的格式。

OFF文件格式：

OFF

頂點數 面數 邊數

x y z

x y z

…

n個頂點 頂點1的索引 頂點2的索引 … 頂點n的索引

…

示例：（一個立方體）

OFF 8 6 0

-0.500000 -0.500000 0.500000

0.500000 -0.500000 0.500000

-0.500000 0.500000 0.500000

0.500000 0.500000 0.500000

-0.500000 0.500000 -0.500000

0.500000 0.500000 -0.500000

-0.500000 -0.500000 -0.500000

0.500000 -0.500000 -0.500000

4 0 1 3 2

4 2 3 5 4

4 4 5 7 6

4 6 7 1 0

4 1 7 5 3

4 6 0 2 4

*.pcap

一種通用的數據流格式，現在流行的Velodyne公司出品的激光雷達默認采集數據文件格式。它是一種二進制文件。

數據構成結構如下：

整體一個全局頭部(GlobalHeader)，然后分成若干個包（Packet），每個包又包含頭部（Header）和數據（Data）部分。

pcap文件格式_Joyce-CSDN博客_pcap格式

*.pcd

PCL庫官方指定格式，典型的為點云量身定制的格式。下文將詳細介紹。

*.ply

一種由斯坦福大學的Turk等人設計開發的多邊形文件格式，因而也被成為斯坦福三角格式。文件格式有文本和二進制兩種格式。

典型的PLY對象定義僅僅是頂點的（x，y，z）三元組列表和由頂點列表中的索引描述的面的列表。

文件結構如下：

· Header （頭部）

· Vertex List （頂點列表）

· Face List （面列表）

· (lists of other elements) （其它元素列表）

示例：

ply

format ascii1.0 ?? { ascii/binary, formatversion number }

comment made byGreg Turk ?? { comments keyword specified,like all lines }

comment thisfile is a cube

element vertex8 ?? { define "vertex"element, 8 of them in file }

property floatx ?? { vertex contains float"x" coordinate }

property floaty ?? { y coordinate is also avertex property }

property floatz ?? { z coordinate, too }

element face6 ???? { there are 6"face" elements in the file }

property listuchar int vertex_index { "vertex_indices" is a list of ints }

end_header ?? { delimits the end of theheader }

0 0 0 ?? { start of vertex list }

0 0 1

0 1 1

0 1 0

1 0 0

1 0 1

1 1 1

1 1 0

4 0 1 2 3 ??? { start of face list }

4 7 6 5 4

4 0 4 5 1

4 1 5 6 2

4 2 6 7 3

4 3 7 4 0

MatLab也可以通過pcread函數直接載入該格式。

參考資料：

http://paulbourke.net/dataformats/ply/

PLY文件格式_拉風小宇的博客-CSDN博客_ply文件格式

*.pts

被稱之為最簡便的點云格式，屬于文本格式。只包含點坐標信息，按X Y Z順序存儲，數字之間用空格間隔。

示例：

0.780933-45.9836 -2.47675

4.75189 -38.1508 -4.34072

7.16471 -35.9699 -3.60734

9.12254 -46.1688 -8.60547

15.4418 -46.1823 -9.14635

2.83145 -52.2864 -7.27532

0.160988 -53.076 -5.00516

*.xyz

一種文本格式，前面3個數字表示點坐標，后面3個數字是點的法向量，數字間以空格分隔。

示例：

0.031822 0.0158355 -0.047992 0.000403-0.0620185 -0.005498

-0.002863 -0.0600555 -0.009567 -0.001945 -0.0412555 -0.001349

-0.001867 -0.0423475 -0.0019 0.002323 -0.0617885 -0.00364

三、PCD格式詳解

1、為什么用一種新的文件格式？

PCD文件格式并非白費力氣地做重復工作，現有的文件結構因本身組成的原因不支持由PCL庫引進n維點類型機制處理過程中的某些擴展，而PCD文件格式能夠很好地補足這一點。PCD不是第一個支持3D點云數據的文件類型，尤其是計算機圖形學和計算幾何學領域，已經創建了很多格式來描述任意多邊形和激光掃描儀獲取的點云。包括下面幾種格式：

1)PLY:是一種多邊形文件格式，由Stanford大學的Turk等人設計開發；

2)STL是3D Systems公司創建的模型文件格式，主要應用于CAD、CAM領域；

3)OBJ是從幾何學上定義的文件格式，首先由Wavefront Technologies開發；

4)X3D是符合ISO標準的基于XML的文件格式，表示3D計算機圖形數據；

5)其他許多種格式。

以上所有的文件格式都有缺點，這是很自然的，因為它們是在不同時間為了不同的使用目的所創建的，那時今天的新的傳感器技術和算法都還沒有發明出來。對于其缺點讀者可自行了解。

2、PCD版本

在點云庫（PCL）1.0版本發布之前，PCD文件格式有不同的修訂號。這些修訂號用PCD_Vx來編號（例如，PCD_V5、PCD_V6、PCD_V7等等），代表PCD文件的0.x版本號。然而PCL中PCD文件格式的正式發布是0.7版本（PCD_V7）。

3、文件頭格式

每一個PCD文件包含一個文件頭，它確定和聲明文件中存儲的點云數據的某種特性。PCD文件頭必須用ASCII碼來編碼。PCD文件中指定的每一個文件頭字段以及ascii點數據都用一個新行（\n）分開了，從0.7版本開始，PCD文件頭包含下面的字段：

1)VERSION?–指定PCD文件版本，目前PCL中為0.7版本

2)FIELDS?–指定一個點可以有的每一個維度和字段的名字。

例如：

FIELDS x y z????????????????????????? # XYZ data

FIELDS x y z rgb????? ??????????????????? # XYZ + colors

FIELDS x y z normal_xnormal_y normal_z???? # XYZ + surface normals

FIELDS j1 j2 j3???????????????? # moment invariants

...

3)SIZE?–用字節數指定每一個維度的大小。

例如：

unsigned char/char?has 1 byte

unsigned short/short?has 2 bytes

unsignedint/int/float?has 4 bytes

double?has 8 bytes

4)TYPE?–用一個字符指定每一個維度的類型。

現在被接受的類型有：

I?–表示有符號類型int8（char）、int16（short）和int32（int）；

U?–?表示無符號類型uint8（unsigned char）、uint16（unsigned short）和uint32（unsigned int）；

F?–表示浮點類型。

5)COUNT?–指定每一個維度包含的元素數目。例如，x這個數據通常有一個元素，但是像VFH這樣的特征描述子就有308個。實際上這是在給每一點引入n維直方圖描述符的方法，把它們當作單個的連續存儲塊。默認情況下，如果沒有COUNT，所有維度的數目被設置成1。

5）WIDTH?–用點的數量表示點云數據集的寬度。根據是有序點云還是無序點云，WIDTH有兩層解釋：

(1)它能確定無序數據集的點云中點的個數（和下面的POINTS一樣）；

(2)它能確定有序點云數據集的寬度（一行中點的數目）。

注意：有序點云數據集，意味著點云是類似于圖像（或者矩陣）的結構，數據分為行和列。這種點云的實例包括立體攝像機和時間飛行攝像機生成的數據。有序數據集的優勢在于，預先了解相鄰點（和像素點類似）的關系，鄰域操作更加高效，這樣就加速了計算并降低了PCL中某些算法的成本。

例如：

WIDTH 640?????? #?每行有640個點

6)HEIGHT –用點的數目表示點云數據集的高度。

類似于WIDTH?，HEIGHT也有兩層解釋：

(1)它表示有序點云數據集的高度（行的總數）；

(2)對于無序數據集它被設置成1（被用來檢查一個數據集是有序還是無序）。

有序點云例子：

WIDTH 640?????? #?像圖像一樣的有序結構，有640行和480列，

HEIGHT 480????? #?這樣該數據集中共有640*480=307200個點

無序點云例子：

WIDTH 307200

HEIGHT 1??????? #?有307200個點的無序點云數據集

7)VIEWPOINT–指定數據集中點云的獲取視點。VIEWPOINT有可能在不同坐標系之間轉換的時候應用，在輔助獲取其他特征時也比較有用，例如曲面法線，在判斷方向一致性時，需要知道視點的方位，

視點信息被指定為平移（txtytz）+四元數（qwqxqyqz）。默認值是：VIEWPOINT 0 0 0 1 0 0 0

8)POINTS–指定點云中點的總數。從0.7版本開始，該字段就有點多余了，因此有可能在將來的版本中將它移除。

例子：

POINTS 307200?? #點云中點的總數為307200

9)DATA –指定存儲點云數據的數據類型。從0.7版本開始，支持兩種數據類型：ascii和二進制。

注意：文件頭最后一行（DATA）的下一個字節就被看成是點云的數據部分了，它會被解釋為點云數據。

警告：PCD文件的文件頭部分必須以上面的順序精確指定，也就是如下順序：

VERSION、FIELDS、SIZE、TYPE、COUNT、WIDTH、HEIGHT、VIEWPOINT、POINTS、DATA

之間用換行隔開。

4、數據存儲類型

在0.7版本中，.PCD文件格式用兩種模式存儲數據：

如果以ASCII形式，每一點占據一個新行：

p_1

p_2

...

p_n

注意：從PCL 1.0.1版本開始，用字符串“nan”表示NaN，此字符表示該點的值不存在或非法等。

如果以二進制形式，這里數據是數組（向量）pcl::PointCloud.points的一份完整拷貝，在Linux系統上，我們用mmap/munmap操作來盡可能快的讀寫數據，存儲點云數據可以用簡單的ascii形式，每點占據一行，用空格鍵或Tab鍵分開，沒有其他任何字符。也可以用二進制存儲格式，它既簡單又快速，當然這依賴于用戶應用。ascii格式允許用戶打開點云文件，使用例如gunplot這樣的標準軟件工具更改點云文件數據，或者用sed、awk等工具來對它們進行操作。

5、相對其他文件格式的優勢

用PCD作為（另一種）文件格式可能被看成是沒有必要的一項工作。但實際中，情況不是這樣的，因為上面提到的文件格式無一能提高PCD文件的適用性和速度。PCD文件格式包括以下幾個明顯的優勢：

1）存儲和處理有序點云數據集的能力——這一點對于實時應用，例如增強現實、機器人學等領域十分重要；

2）二進制mmap/munmap數據類型是把數據下載和存儲到磁盤上最快的方法；

3）可以存儲不同的數據類型（支持所有的基本類型：char，short，int，float，double）——使得點云數據在存儲和處理過程中適應性強并且高效，其中無效的點的通常存儲為NAN類型；

4）特征描述子的n維直方圖——對于3D識別和計算機視覺應用十分重要。

5）另一個優勢是通過控制文件格式，我們能夠使其最大程度上適應PCL，這樣能獲得PCL應用程序的最好性能，而不用把一種不同的文件格式改變成PCL的內部格式，這樣的話通過轉換函數會引起額外的延時。

注意：盡管PCD（點云數據）是PCL中的內部文件格式，pcl_io庫也提供在前面提到的所有其他文件格式中保存和加載數據。

參考：

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

總結

以上是生活随笔為你收集整理的点云数据文件常用格式及PCL中点云数据类型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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