基于C++與PCL的LAS數據讀取及顯示

劉潔

（湖南省公路設計有限公司，湖南 長沙 410011）

基于C++與PCL的LAS數據讀取及顯示

劉潔

（湖南省公路設計有限公司，湖南 長沙 410011）

點云庫PCL（Point Cloud Library）是專門處理點云數據的公開庫，LAS則是機載激光雷達（Aiborne LiDAR）的數據格式，需專業軟件進行讀取。由于PCL無法直接讀取LAS數據，給基于PCL的點云數據處理帶來了不便。為此解析了LAS數據格式，在此基礎上使用C++編程讀取LAS數據并進行了可視化顯示。以某一區域LAS數據進行試驗，結果表明程序運行正常，這為后續基于PCL的點云數據處理提供了數據源。

C++；點云庫；機載激光雷達；可視化；格式

0 引言

機載激光雷達（Airborne LiDAR，ALiDAR）是一種通過發射器發射激光，激光接收器接收反射回的信號來測量地面數據的技術手段。由于其可快速、大面積、不受環境影響獲取測區數據的優勢，因而在測繪領域得到了廣泛應用[1,2]。機載激光雷達技術采集獲取的數據為LAS格式，需要專業軟件讀取點云數據。點云庫（Point Cloud Library，PCL）是專門用來處理點云數據的開源點云庫，其默認數據格式為PCD，無法直接讀取LAS數據[3,4]。若使用PCL來處理LAS數據，需將LAS數據轉換成PCD格式，才可進行后續數據處理。目前常見的有使用MATLAB語言、C++、C#等編程讀取LAS數據，但極少將其與PCL進行關聯[5～8]。

本文在分析LAS數據格式及PCD格式基礎上，在 Visual Studio 2013搭建好的平臺上使用C++編程讀取LAS數據，最后進行可視化顯示。以某一地區采集的數據進行數據讀取與可視化顯示試驗。試驗結果表明，本程序可以正確讀取LAS數據并進行顯示，這為后續基于PCL的點云數據處理提供了數據源。

1 LAS數據格式

完整的LAS數據文件包括三大部分，分別為公共頭文件、變長記錄和點記錄區[6]。LAS標準的數據格式經過若干次修改，目前已發布的版本有1.0、1.1、1.2、1.3、1.4等系，每一版本均包括上述三部分。下面以1.0版本的LAS數據格式進行講解。

1.1 公共頭文件

公共頭文件主要包括LAS數據的基本信息，如采集數據日期、儀器，點數等。表1所示為公共頭文件包含的幾項重要參數，以及每一項對應的類型。

表1 公共頭文件

在編程讀取數據過程中，要特別注意幾項參數。如主版本號與副版本號，其對應了LAS數據的版本號。文件頭長度，其表示公共頭文件所占的字節數，不同版本其所占字節數不一樣。如在1.0版本中，其長度為227。

在C++中可用read()函數按照字節進行讀取[9]，如下面代碼所示：

ifstream infname(str,ios::binary|ios::in);

infname.read((char*)&public_header_block.file_ signature,sizeof(public_header_block.file_signature));

該段代碼是創建infname文件流對象，然后按字節數讀取LAS文件，并將讀取內容返回，如本文此次會返回文件標簽“LASF”。

按照上面的讀取方法，即可完成公共頭文件的讀取。

1.2 變長記錄和點記錄區

變長記錄主要包括用戶ID，記錄ID以及擴展域，而點數據記錄域主要記錄點的X、Y、Z坐標值及其他信息。表2為1.0版本的點數據記錄區。

表2 點記錄區域

其中X、Y、Z坐標需要按照公式（1）計算：

式中：Xcoordinate、Ycoordinate、Zcoordinate分別為點的地理坐標；Xrecord、Yrecord、Zrecord分別為點數據記錄區中記錄點坐標；Xscale、Yscale、Zscale分別為頭部文件 X、Y、Z的比例因子；Xoffset、Yoffset、Zoffset分別為X、Y、Z的偏移量。

在點記錄區域，可以根據點的個數，使用循環語句讀取點坐標，如下所示：

for(int i=0;i

{

infname.read((char*)&las3.x,sizeof(las3.x));

infname.read((char*)&las3.y,sizeof(las3.y));

infname.read((char*)&las3.z,sizeof(las3.z));

infname.read((char*)&tem,sizeof(tem));

outfname<

}

該段斷碼使用for循環語讀取每一點的X、Y、Z坐標，并將坐標值保存到文本中，這樣可以直接用文本查看數據。

2 PCD數據及點云可視化

點云庫PCL是包含點云數據處理中常見算法的公開庫源，但其默認的數據格式為PCD，因此需要將LAS中讀取的點坐標格式轉換成PCD格式，再進行數據處理。

2.1 PCD數據格式

PCD數據格式包括頭文件和點數據區域兩部分，其頭文件格式相對LAS要簡單。頭文件包括PCD數據版本，每個點的維度、類型及點的個數，獲取點的視點等信息。圖1為PCD 0.7版本數據頭文件格式，其中該數據文件包括656 487個點，每個點均包含X、Y、Z坐標。

圖1 PCD數據頭文件格式

2.2 點云可視化顯示

在PCL中，其可視化工具為VTK（Visualization Toolkit），在將LAS數據轉換成PCD格式文件后，即可以利用VTK顯示點云，實現可視化。其部分代碼如下[10]：

pcl::PointCloud

pcl::io::loadPCDFile(str,*cloud);

pcl::visualization::PCLVisualizer viewer("visualization");

viewer.setBackgroundColor(0,0,0);

pcl::visualization:PointCloudColorHandlerCustom< pcl::PointXYZ＞single_color(cloud,0,255,0);

viewer.addPointCloud

該段代碼是創建點云對象指針cloud，再利用loadPCD函數將點云進行加載，同時創建可視化窗口viewer，并將可視化窗口背景顏色設置為黑色，點云顏色設置成綠色。

3 LAS數據讀取及顯示試驗

本文選取2016年期間采集的某一測區數據進行試驗，在Visual Studio 2013平臺上采用C++語言進行編寫，同時在工程中配置好PCL開發環境。其中保存在文本中點坐標部分數據如圖2所示，讀取LAS數據文件的部分頭文件信息如圖3所示。

圖2 數據讀取保存

圖3 頭文件部分信息

最后將采集的點數據進行可視化的點云結果如圖4所示，可以通過鼠標滾動、拖動，變換視角來瀏覽該區域數據。

圖4 LAS點云數據可視化

4 結語

本文主要介紹了LAS數據格式及PCD數據格式，并用C++編程進行讀取、轉換及可視化LAS數據。基于C++的LAS數據讀取，可以快速讀取轉換數據格式，為后面基于PCL的點云數據處理研究，以及基于LAS數據的應用提供可靠的數據來源，具有重要意義。

[1]駱云飛，王書民.機載LiDAR系統在道路勘測中的數據獲取及應用[J].測繪通報，2012（S1）：362-364,371.

[2]范正岳，徐茂文.基于三維激光掃描的露天礦山儲量測量研究[J].礦山測量，2014(4)：10-11.

[3]羅方燕.PCL庫點云統計去噪算法的應用研究[J].現代計算機(專業版)，2016（26）：63-66.

[4]南剛雷，張瑞峰，張梓然.基于PCL的柴油機缸蓋三維特征提取技術[J].電子測量技術，2016（2）：80-82，98.

[5]任常青，張青萍，張曉宇.基于AutoCAD的LIDAR點云數據可視化[J].測繪技術裝備，2011，13（3）：42-45.

[6]趙自明，史兵，田喜平，等.LAS格式解析及其數據的讀取與顯示[J].測繪技術裝備，2010,12（3）：17-20.

[7]蘇偉戴，王森，李沁，等.基于OpenGL的LiDAR數據處理模塊設計與實現[J].中國農業大學學報，2012（2）:150-158.

[8]聞兆海，謝忠.基于Matlab的LAS格式數據解析與顯示[J].地理空間信息，2015（1）：50-52.

[9]譚浩強.C++程序設計[M].北京：清華大學出版社,2004：439-453.

[10]朱德海，郭浩，蘇偉.點云庫PCL學習教程[M].北京：北京航空航天大學出版社,2012：133-158.

TP751

A

1009-7716（2017）08-0272-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.086

2017-04-01

劉潔（1969-），男，湖南長沙人，工程師，從事工程測量工作。