点云添加高斯噪声的C++实现

文章目录

0 添加高斯噪声后的点云
1 什么是高斯噪声
2 怎样添加高斯噪声

0 添加高斯噪声后的点云

红色为添加的高斯噪声点，白色为原始点

1 什么是高斯噪声

高斯噪声是指它的概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）的一类噪声。（百度百科）

高斯分布，也称正态分布，又称常态分布，记为 N(μ，σ2)N(μ，σ^2)N(μ，σ2)，其中 μ，σ2μ，σ^2μ，σ2 为分布的参数，分别为高斯分布的期望和方差，其中 σ>0\sigma>0σ>0，称为标准差。当 μ，σμ，σμ，σ 有确定值时，p(x)p(x)p(x) 也就确定了，特别当 μ=0，σ2=1μ=0，σ^2=1μ=0，σ2=1 时，xxx 的分布为标准正态分布。
p(x)=1σ2πe−(x−μ)22σ2p(x)=\cfrac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}e^{-\cfrac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}p(x)=σ2π1e−2σ2(x−μ)2

高斯分布函数

2 怎样添加高斯噪声

磨刀不误砍柴工，将添加高斯噪声封装到 CreatGaussNoise类 中，只需在main.cpp中设置输入点云（要添加噪声的点云）、设置高斯噪声参数（μ，σ\mu，\sigmaμ，σ）即可。

实现代码
main.cpp

#include "add_gauss_noise.h"int main()
{//-------------------加载点云-------------------pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloud_in;if (pcl::io::loadPCDFile("Armadillo.pcd", cloud_in) < 0){PCL_ERROR("->点云文件不存在！\a\n");system("pause");return -1;}//-------------------添加高斯噪声-------------------AddGaussNoise agn;                          //创建高斯噪声对象agnpcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloud_out;    //保存结果的点云agn.setInputCloud(cloud_in);               //设置输入点云agn.setParameters(0,2);                     //设置高斯噪声参数mu,sigmaagn.addGaussNoise(cloud_out);             //执行添加高斯噪声，并将结果保存在cloud_out中//-------------------保存添加高斯噪声后的点云-------------------pcl::io::savePCDFileBinary("addGaussNoise.pcd", cloud_out);return 0;
}

add_gauss_noise.h

#pragma once
#include <iostream>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <boost/random.hpp>       //随机数所需头文件class AddGaussNoise
{public:/*** @brief   : 设置输入点云* @param[I]: cloud_in (输入点云)* @param[O]: none* @return  : none* @note    :**/void setInputCloud(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> &cloud_in);/*** @brief   : 设置高斯噪声参数* @param[I]: mu (均值，默认0)* @param[I]: sigma (标准差，默认1)* @param[O]: none* @return  : none* @note    :**/void setParameters(double mu = 0.0, double sigma = 1.0);/*** @brief   : 执行添加高斯噪声* @param[I]: cloud_out (添加高斯噪声后的点云)* @param[O]: none* @return  : none* @note    :**/void addGaussNoise(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> &cloud_out);
private:pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> m_cloud_in;        //输入点云bool is_setInputCloud = false;                   //是否设置输入点云double m_mu, m_sigma;                         //高斯分布参数bool is_setParameters = false;                 //是否设置高斯分布参数
};

add_gauss_noise.cpp

#include "add_gauss_noise.h"/**
* @brief   : 设置输入点云
* @param[I]: cloud_in (输入点云)
* @param[O]: none
* @return  : none
* @note    :
**/
void AddGaussNoise::setInputCloud(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> &cloud_in)
{m_cloud_in = cloud_in;is_setInputCloud = true;
}/**
* @brief   : 设置高斯噪声参数
* @param[I]: mu (均值，默认0)
* @param[I]: sigma (标准差，默认1)
* @param[O]: none
* @return  : none
* @note    :
**/
void AddGaussNoise::setParameters(double mu, double sigma)
{if (sigma > 0){m_mu = mu;m_sigma = sigma;is_setParameters = true;}else{PCL_ERROR("->sigma应大于0！\a\n");system("pause");abort();}
}/**
* @brief   : 执行添加高斯噪声
* @param[I]: cloud_out (添加高斯噪声后的点云)
* @param[O]: none
* @return  : none
* @note    :
**/
void AddGaussNoise::addGaussNoise(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> &cloud_out)
{boost::mt19937 zgy;                                //等分布均匀伪随机数发生器zgy.seed(static_cast<unsigned int>(time(0)));   //随机种子boost::normal_distribution<> nd(m_mu, m_sigma); //定义正态分布，均值为mu，标准差为sigmaboost::variate_generator<boost::mt19937&, boost::normal_distribution<>> gauss_noise(zgy, nd); //生成高斯噪声pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloud_gauss;   //声明高斯噪声点云cloud_gauss = m_cloud_in;                    //将原始点云拷贝给高斯噪声点云，用于下面的平移             for (size_t i = 0; i < cloud_gauss.size(); i++){cloud_gauss.points[i].x += static_cast<float> (gauss_noise());cloud_gauss.points[i].y += static_cast<float> (gauss_noise());cloud_gauss.points[i].z += static_cast<float> (gauss_noise());}cloud_out = m_cloud_in + cloud_gauss;    //将原始点云与噪声点云合并，得到添加高斯噪声后的点云
}

参考链接

C++ normal_distribution高斯正态分布函数用法详解