dgit.raspbian.org Git - pcl.git/blob

   1 /*
   2  * Software License Agreement (BSD License)
   3  *
   4  *  Point Cloud Library (PCL) - www.pointclouds.org
   5  *  Copyright (c) 2012-, Open Perception, Inc.
   6  *
   7  *  All rights reserved.
   8  *
   9  *  Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  *  modification, are permitted provided that the following conditions
  11  *  are met:
  12  *
  13  *   * Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  *   * Redistributions in binary form must reproduce the above
  16  *     copyright notice, this list of conditions and the following
  17  *     disclaimer in the documentation and/or other materials provided
  18  *     with the distribution.
  19  *   * Neither the name of the copyright holder(s) nor the names of its
  20  *     contributors may be used to endorse or promote products derived
  21  *     from this software without specific prior written permission.
  22  *
  23  *  THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  24  *  "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  25  *  LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  26  *  FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE
  27  *  COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  28  *  INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  29  *  BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  30  *  LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
  31  *  CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  32  *  LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN
  33  *  ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
  34  *  POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  35  *
  36  * $Id$
  37  *
  38  */
  39
  40 #ifndef PCL_REGISTRATION_TRANSFORMATION_ESTIMATION_POINT_TO_PLANE_LLS_WEIGHTED_HPP_
  41 #define PCL_REGISTRATION_TRANSFORMATION_ESTIMATION_POINT_TO_PLANE_LLS_WEIGHTED_HPP_
  42
  43 #include <pcl/cloud_iterator.h>
  44
  45
  46 namespace pcl
  47 {
  48
  49 namespace registration
  50 {
  51
  52 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> inline void
  53 TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
  54 estimateRigidTransformation (const pcl::PointCloud<PointSource> &cloud_src,
  55                              const pcl::PointCloud<PointTarget> &cloud_tgt,
  56                              Matrix4 &transformation_matrix) const
  57 {
  58   std::size_t nr_points = cloud_src.points.size ();
  59   if (cloud_tgt.points.size () != nr_points)
  60   {
  61     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or points in source (%lu) differs than target (%lu)!\n", nr_points, cloud_tgt.points.size ());
  62     return;
  63   }
  64
  65   if (weights_.size () != nr_points)
  66   {
  67     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or weights from the number of correspondences! Use setWeights () to set them.\n");
  68     return;
  69   }
  70
  71   ConstCloudIterator<PointSource> source_it (cloud_src);
  72   ConstCloudIterator<PointTarget> target_it (cloud_tgt);
  73   typename std::vector<Scalar>::const_iterator weights_it = weights_.begin ();
  74   estimateRigidTransformation (source_it, target_it, weights_it, transformation_matrix);
  75 }
  76
  77
  78 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> void
  79 TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
  80 estimateRigidTransformation (const pcl::PointCloud<PointSource> &cloud_src,
  81                              const std::vector<int> &indices_src,
  82                              const pcl::PointCloud<PointTarget> &cloud_tgt,
  83                              Matrix4 &transformation_matrix) const
  84 {
  85   std::size_t nr_points = indices_src.size ();
  86   if (cloud_tgt.points.size () != nr_points)
  87   {
  88     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or points in source (%lu) differs than target (%lu)!\n", indices_src.size (), cloud_tgt.points.size ());
  89     return;
  90   }
  91
  92   if (weights_.size () != nr_points)
  93   {
  94     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or weights from the number of correspondences! Use setWeights () to set them.\n");
  95     return;
  96   }
  97
  98
  99   ConstCloudIterator<PointSource> source_it (cloud_src, indices_src);
 100   ConstCloudIterator<PointTarget> target_it (cloud_tgt);
 101   typename std::vector<Scalar>::const_iterator weights_it = weights_.begin ();
 102   estimateRigidTransformation (source_it, target_it, weights_it, transformation_matrix);
 103 }
 104
 105
 106 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> inline void
 107 TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
 108 estimateRigidTransformation (const pcl::PointCloud<PointSource> &cloud_src,
 109                              const std::vector<int> &indices_src,
 110                              const pcl::PointCloud<PointTarget> &cloud_tgt,
 111                              const std::vector<int> &indices_tgt,
 112                              Matrix4 &transformation_matrix) const
 113 {
 114   std::size_t nr_points = indices_src.size ();
 115   if (indices_tgt.size () != nr_points)
 116   {
 117     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or points in source (%lu) differs than target (%lu)!\n", indices_src.size (), indices_tgt.size ());
 118     return;
 119   }
 120
 121   if (weights_.size () != nr_points)
 122   {
 123     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or weights from the number of correspondences! Use setWeights () to set them.\n");
 124     return;
 125   }
 126
 127   ConstCloudIterator<PointSource> source_it (cloud_src, indices_src);
 128   ConstCloudIterator<PointTarget> target_it (cloud_tgt, indices_tgt);
 129   typename std::vector<Scalar>::const_iterator weights_it = weights_.begin ();
 130   estimateRigidTransformation (source_it, target_it, weights_it, transformation_matrix);
 131 }
 132
 133
 134 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> inline void
 135 TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
 136 estimateRigidTransformation (const pcl::PointCloud<PointSource> &cloud_src,
 137                              const pcl::PointCloud<PointTarget> &cloud_tgt,
 138                              const pcl::Correspondences &correspondences,
 139                              Matrix4 &transformation_matrix) const
 140 {
 141   ConstCloudIterator<PointSource> source_it (cloud_src, correspondences, true);
 142   ConstCloudIterator<PointTarget> target_it (cloud_tgt, correspondences, false);
 143   std::vector<Scalar> weights (correspondences.size ());
 144   for (std::size_t i = 0; i < correspondences.size (); ++i)
 145     weights[i] = correspondences[i].weight;
 146   typename std::vector<Scalar>::const_iterator weights_it = weights.begin ();
 147   estimateRigidTransformation (source_it, target_it, weights_it, transformation_matrix);
 148 }
 149
 150
 151 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> inline void
 152 TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
 153 constructTransformationMatrix (const double & alpha, const double & beta, const double & gamma,
 154                                const double & tx,    const double & ty,   const double & tz,
 155                                Matrix4 &transformation_matrix) const
 156 {
 157   // Construct the transformation matrix from rotation and translation
 158   transformation_matrix = Eigen::Matrix<Scalar, 4, 4>::Zero ();
 159   transformation_matrix (0, 0) = static_cast<Scalar> ( std::cos (gamma) * std::cos (beta));
 160   transformation_matrix (0, 1) = static_cast<Scalar> (-sin (gamma) * std::cos (alpha) + std::cos (gamma) * sin (beta) * sin (alpha));
 161   transformation_matrix (0, 2) = static_cast<Scalar> ( sin (gamma) * sin (alpha) + std::cos (gamma) * sin (beta) * std::cos (alpha));
 162   transformation_matrix (1, 0) = static_cast<Scalar> ( sin (gamma) * std::cos (beta));
 163   transformation_matrix (1, 1) = static_cast<Scalar> ( std::cos (gamma) * std::cos (alpha) + sin (gamma) * sin (beta) * sin (alpha));
 164   transformation_matrix (1, 2) = static_cast<Scalar> (-std::cos (gamma) * sin (alpha) + sin (gamma) * sin (beta) * std::cos (alpha));
 165   transformation_matrix (2, 0) = static_cast<Scalar> (-sin (beta));
 166   transformation_matrix (2, 1) = static_cast<Scalar> ( std::cos (beta) * sin (alpha));
 167   transformation_matrix (2, 2) = static_cast<Scalar> ( std::cos (beta) * std::cos (alpha));
 168
 169   transformation_matrix (0, 3) = static_cast<Scalar> (tx);
 170   transformation_matrix (1, 3) = static_cast<Scalar> (ty);
 171   transformation_matrix (2, 3) = static_cast<Scalar> (tz);
 172   transformation_matrix (3, 3) = static_cast<Scalar> (1);
 173 }
 174
 175
 176 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> inline void
 177 TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
 178 estimateRigidTransformation (ConstCloudIterator<PointSource>& source_it,
 179                              ConstCloudIterator<PointTarget>& target_it,
 180                              typename std::vector<Scalar>::const_iterator& weights_it,
 181                              Matrix4 &transformation_matrix) const
 182 {
 183   using Vector6d = Eigen::Matrix<double, 6, 1>;
 184   using Matrix6d = Eigen::Matrix<double, 6, 6>;
 185
 186   Matrix6d ATA;
 187   Vector6d ATb;
 188   ATA.setZero ();
 189   ATb.setZero ();
 190
 191   while (source_it.isValid () && target_it.isValid ())
 192   {
 193     if (!std::isfinite (source_it->x) ||
 194         !std::isfinite (source_it->y) ||
 195         !std::isfinite (source_it->z) ||
 196         !std::isfinite (target_it->x) ||
 197         !std::isfinite (target_it->y) ||
 198         !std::isfinite (target_it->z) ||
 199         !std::isfinite (target_it->normal_x) ||
 200         !std::isfinite (target_it->normal_y) ||
 201         !std::isfinite (target_it->normal_z))
 202     {
 203       ++ source_it;
 204       ++ target_it;
 205       ++ weights_it;
 206       continue;
 207     }
 208
 209     const float & sx = source_it->x;
 210     const float & sy = source_it->y;
 211     const float & sz = source_it->z;
 212     const float & dx = target_it->x;
 213     const float & dy = target_it->y;
 214     const float & dz = target_it->z;
 215     const float & nx = target_it->normal[0] * (*weights_it);
 216     const float & ny = target_it->normal[1] * (*weights_it);
 217     const float & nz = target_it->normal[2] * (*weights_it);
 218
 219     double a = nz*sy - ny*sz;
 220     double b = nx*sz - nz*sx;
 221     double c = ny*sx - nx*sy;
 222
 223     //    0  1  2  3  4  5
 224     //    6  7  8  9 10 11
 225     //   12 13 14 15 16 17
 226     //   18 19 20 21 22 23
 227     //   24 25 26 27 28 29
 228     //   30 31 32 33 34 35
 229
 230     ATA.coeffRef (0) += a * a;
 231     ATA.coeffRef (1) += a * b;
 232     ATA.coeffRef (2) += a * c;
 233     ATA.coeffRef (3) += a * nx;
 234     ATA.coeffRef (4) += a * ny;
 235     ATA.coeffRef (5) += a * nz;
 236     ATA.coeffRef (7) += b * b;
 237     ATA.coeffRef (8) += b * c;
 238     ATA.coeffRef (9) += b * nx;
 239     ATA.coeffRef (10) += b * ny;
 240     ATA.coeffRef (11) += b * nz;
 241     ATA.coeffRef (14) += c * c;
 242     ATA.coeffRef (15) += c * nx;
 243     ATA.coeffRef (16) += c * ny;
 244     ATA.coeffRef (17) += c * nz;
 245     ATA.coeffRef (21) += nx * nx;
 246     ATA.coeffRef (22) += nx * ny;
 247     ATA.coeffRef (23) += nx * nz;
 248     ATA.coeffRef (28) += ny * ny;
 249     ATA.coeffRef (29) += ny * nz;
 250     ATA.coeffRef (35) += nz * nz;
 251
 252     double d = nx*dx + ny*dy + nz*dz - nx*sx - ny*sy - nz*sz;
 253     ATb.coeffRef (0) += a * d;
 254     ATb.coeffRef (1) += b * d;
 255     ATb.coeffRef (2) += c * d;
 256     ATb.coeffRef (3) += nx * d;
 257     ATb.coeffRef (4) += ny * d;
 258     ATb.coeffRef (5) += nz * d;
 259
 260     ++ source_it;
 261     ++ target_it;
 262     ++ weights_it;
 263   }
 264
 265   ATA.coeffRef (6) = ATA.coeff (1);
 266   ATA.coeffRef (12) = ATA.coeff (2);
 267   ATA.coeffRef (13) = ATA.coeff (8);
 268   ATA.coeffRef (18) = ATA.coeff (3);
 269   ATA.coeffRef (19) = ATA.coeff (9);
 270   ATA.coeffRef (20) = ATA.coeff (15);
 271   ATA.coeffRef (24) = ATA.coeff (4);
 272   ATA.coeffRef (25) = ATA.coeff (10);
 273   ATA.coeffRef (26) = ATA.coeff (16);
 274   ATA.coeffRef (27) = ATA.coeff (22);
 275   ATA.coeffRef (30) = ATA.coeff (5);
 276   ATA.coeffRef (31) = ATA.coeff (11);
 277   ATA.coeffRef (32) = ATA.coeff (17);
 278   ATA.coeffRef (33) = ATA.coeff (23);
 279   ATA.coeffRef (34) = ATA.coeff (29);
 280
 281   // Solve A*x = b
 282   Vector6d x = static_cast<Vector6d> (ATA.inverse () * ATb);
 283
 284   // Construct the transformation matrix from x
 285   constructTransformationMatrix (x (0), x (1), x (2), x (3), x (4), x (5), transformation_matrix);
 286 }
 287
 288 } // namespace registration
 289 } // namespace pcl
 290
 291 #endif /* PCL_REGISTRATION_TRANSFORMATION_ESTIMATION_POINT_TO_PLANE_LLS_WEIGHTED_HPP_ */
 292