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

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  35  *
  36  * $Id$
  37  *
  38  */
  39 #ifndef PCL_REGISTRATION_TRANSFORMATION_ESTIMATION_POINT_TO_PLANE_LLS_WEIGHTED_HPP_
  40 #define PCL_REGISTRATION_TRANSFORMATION_ESTIMATION_POINT_TO_PLANE_LLS_WEIGHTED_HPP_
  41 #include <pcl/cloud_iterator.h>
  42
  43 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  44 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> inline void
  45 pcl::registration::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
  46 estimateRigidTransformation (const pcl::PointCloud<PointSource> &cloud_src,
  47                              const pcl::PointCloud<PointTarget> &cloud_tgt,
  48                              Matrix4 &transformation_matrix) const
  49 {
  50   std::size_t nr_points = cloud_src.points.size ();
  51   if (cloud_tgt.points.size () != nr_points)
  52   {
  53     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or points in source (%lu) differs than target (%lu)!\n", nr_points, cloud_tgt.points.size ());
  54     return;
  55   }
  56
  57   if (weights_.size () != nr_points)
  58   {
  59     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or weights from the number of correspondences! Use setWeights () to set them.\n");
  60     return;
  61   }
  62
  63   ConstCloudIterator<PointSource> source_it (cloud_src);
  64   ConstCloudIterator<PointTarget> target_it (cloud_tgt);
  65   typename std::vector<Scalar>::const_iterator weights_it = weights_.begin ();
  66   estimateRigidTransformation (source_it, target_it, weights_it, transformation_matrix);
  67 }
  68
  69 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  70 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> void
  71 pcl::registration::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
  72 estimateRigidTransformation (const pcl::PointCloud<PointSource> &cloud_src,
  73                              const std::vector<int> &indices_src,
  74                              const pcl::PointCloud<PointTarget> &cloud_tgt,
  75                              Matrix4 &transformation_matrix) const
  76 {
  77   std::size_t nr_points = indices_src.size ();
  78   if (cloud_tgt.points.size () != nr_points)
  79   {
  80     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or points in source (%lu) differs than target (%lu)!\n", indices_src.size (), cloud_tgt.points.size ());
  81     return;
  82   }
  83
  84   if (weights_.size () != nr_points)
  85   {
  86     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or weights from the number of correspondences! Use setWeights () to set them.\n");
  87     return;
  88   }
  89
  90
  91   ConstCloudIterator<PointSource> source_it (cloud_src, indices_src);
  92   ConstCloudIterator<PointTarget> target_it (cloud_tgt);
  93   typename std::vector<Scalar>::const_iterator weights_it = weights_.begin ();
  94   estimateRigidTransformation (source_it, target_it, weights_it, transformation_matrix);
  95 }
  96
  97
  98 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  99 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> inline void
 100 pcl::registration::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
 101 estimateRigidTransformation (const pcl::PointCloud<PointSource> &cloud_src,
 102                              const std::vector<int> &indices_src,
 103                              const pcl::PointCloud<PointTarget> &cloud_tgt,
 104                              const std::vector<int> &indices_tgt,
 105                              Matrix4 &transformation_matrix) const
 106 {
 107   std::size_t nr_points = indices_src.size ();
 108   if (indices_tgt.size () != nr_points)
 109   {
 110     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or points in source (%lu) differs than target (%lu)!\n", indices_src.size (), indices_tgt.size ());
 111     return;
 112   }
 113
 114   if (weights_.size () != nr_points)
 115   {
 116     PCL_ERROR ("[pcl::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted::estimateRigidTransformation] Number or weights from the number of correspondences! Use setWeights () to set them.\n");
 117     return;
 118   }
 119
 120   ConstCloudIterator<PointSource> source_it (cloud_src, indices_src);
 121   ConstCloudIterator<PointTarget> target_it (cloud_tgt, indices_tgt);
 122   typename std::vector<Scalar>::const_iterator weights_it = weights_.begin ();
 123   estimateRigidTransformation (source_it, target_it, weights_it, transformation_matrix);
 124 }
 125
 126 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 127 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> inline void
 128 pcl::registration::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
 129 estimateRigidTransformation (const pcl::PointCloud<PointSource> &cloud_src,
 130                              const pcl::PointCloud<PointTarget> &cloud_tgt,
 131                              const pcl::Correspondences &correspondences,
 132                              Matrix4 &transformation_matrix) const
 133 {
 134   ConstCloudIterator<PointSource> source_it (cloud_src, correspondences, true);
 135   ConstCloudIterator<PointTarget> target_it (cloud_tgt, correspondences, false);
 136   std::vector<Scalar> weights (correspondences.size ());
 137   for (std::size_t i = 0; i < correspondences.size (); ++i)
 138     weights[i] = correspondences[i].weight;
 139   typename std::vector<Scalar>::const_iterator weights_it = weights.begin ();
 140   estimateRigidTransformation (source_it, target_it, weights_it, transformation_matrix);
 141 }
 142
 143 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 144 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> inline void
 145 pcl::registration::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
 146 constructTransformationMatrix (const double & alpha, const double & beta, const double & gamma,
 147                                const double & tx,    const double & ty,   const double & tz,
 148                                Matrix4 &transformation_matrix) const
 149 {
 150   // Construct the transformation matrix from rotation and translation
 151   transformation_matrix = Eigen::Matrix<Scalar, 4, 4>::Zero ();
 152   transformation_matrix (0, 0) = static_cast<Scalar> ( std::cos (gamma) * std::cos (beta));
 153   transformation_matrix (0, 1) = static_cast<Scalar> (-sin (gamma) * std::cos (alpha) + std::cos (gamma) * sin (beta) * sin (alpha));
 154   transformation_matrix (0, 2) = static_cast<Scalar> ( sin (gamma) * sin (alpha) + std::cos (gamma) * sin (beta) * std::cos (alpha));
 155   transformation_matrix (1, 0) = static_cast<Scalar> ( sin (gamma) * std::cos (beta));
 156   transformation_matrix (1, 1) = static_cast<Scalar> ( std::cos (gamma) * std::cos (alpha) + sin (gamma) * sin (beta) * sin (alpha));
 157   transformation_matrix (1, 2) = static_cast<Scalar> (-std::cos (gamma) * sin (alpha) + sin (gamma) * sin (beta) * std::cos (alpha));
 158   transformation_matrix (2, 0) = static_cast<Scalar> (-sin (beta));
 159   transformation_matrix (2, 1) = static_cast<Scalar> ( std::cos (beta) * sin (alpha));
 160   transformation_matrix (2, 2) = static_cast<Scalar> ( std::cos (beta) * std::cos (alpha));
 161
 162   transformation_matrix (0, 3) = static_cast<Scalar> (tx);
 163   transformation_matrix (1, 3) = static_cast<Scalar> (ty);
 164   transformation_matrix (2, 3) = static_cast<Scalar> (tz);
 165   transformation_matrix (3, 3) = static_cast<Scalar> (1);
 166 }
 167
 168 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 169 template <typename PointSource, typename PointTarget, typename Scalar> inline void
 170 pcl::registration::TransformationEstimationPointToPlaneLLSWeighted<PointSource, PointTarget, Scalar>::
 171 estimateRigidTransformation (ConstCloudIterator<PointSource>& source_it,
 172                              ConstCloudIterator<PointTarget>& target_it,
 173                              typename std::vector<Scalar>::const_iterator& weights_it,
 174                              Matrix4 &transformation_matrix) const
 175 {
 176   using Vector6d = Eigen::Matrix<double, 6, 1>;
 177   using Matrix6d = Eigen::Matrix<double, 6, 6>;
 178
 179   Matrix6d ATA;
 180   Vector6d ATb;
 181   ATA.setZero ();
 182   ATb.setZero ();
 183
 184   while (source_it.isValid () && target_it.isValid ())
 185   {
 186     if (!std::isfinite (source_it->x) ||
 187         !std::isfinite (source_it->y) ||
 188         !std::isfinite (source_it->z) ||
 189         !std::isfinite (target_it->x) ||
 190         !std::isfinite (target_it->y) ||
 191         !std::isfinite (target_it->z) ||
 192         !std::isfinite (target_it->normal_x) ||
 193         !std::isfinite (target_it->normal_y) ||
 194         !std::isfinite (target_it->normal_z))
 195     {
 196       ++ source_it;
 197       ++ target_it;
 198       ++ weights_it;
 199       continue;
 200     }
 201
 202     const float & sx = source_it->x;
 203     const float & sy = source_it->y;
 204     const float & sz = source_it->z;
 205     const float & dx = target_it->x;
 206     const float & dy = target_it->y;
 207     const float & dz = target_it->z;
 208     const float & nx = target_it->normal[0] * (*weights_it);
 209     const float & ny = target_it->normal[1] * (*weights_it);
 210     const float & nz = target_it->normal[2] * (*weights_it);
 211
 212     double a = nz*sy - ny*sz;
 213     double b = nx*sz - nz*sx;
 214     double c = ny*sx - nx*sy;
 215
 216     //    0  1  2  3  4  5
 217     //    6  7  8  9 10 11
 218     //   12 13 14 15 16 17
 219     //   18 19 20 21 22 23
 220     //   24 25 26 27 28 29
 221     //   30 31 32 33 34 35
 222
 223     ATA.coeffRef (0) += a * a;
 224     ATA.coeffRef (1) += a * b;
 225     ATA.coeffRef (2) += a * c;
 226     ATA.coeffRef (3) += a * nx;
 227     ATA.coeffRef (4) += a * ny;
 228     ATA.coeffRef (5) += a * nz;
 229     ATA.coeffRef (7) += b * b;
 230     ATA.coeffRef (8) += b * c;
 231     ATA.coeffRef (9) += b * nx;
 232     ATA.coeffRef (10) += b * ny;
 233     ATA.coeffRef (11) += b * nz;
 234     ATA.coeffRef (14) += c * c;
 235     ATA.coeffRef (15) += c * nx;
 236     ATA.coeffRef (16) += c * ny;
 237     ATA.coeffRef (17) += c * nz;
 238     ATA.coeffRef (21) += nx * nx;
 239     ATA.coeffRef (22) += nx * ny;
 240     ATA.coeffRef (23) += nx * nz;
 241     ATA.coeffRef (28) += ny * ny;
 242     ATA.coeffRef (29) += ny * nz;
 243     ATA.coeffRef (35) += nz * nz;
 244
 245     double d = nx*dx + ny*dy + nz*dz - nx*sx - ny*sy - nz*sz;
 246     ATb.coeffRef (0) += a * d;
 247     ATb.coeffRef (1) += b * d;
 248     ATb.coeffRef (2) += c * d;
 249     ATb.coeffRef (3) += nx * d;
 250     ATb.coeffRef (4) += ny * d;
 251     ATb.coeffRef (5) += nz * d;
 252
 253     ++ source_it;
 254     ++ target_it;
 255     ++ weights_it;
 256   }
 257
 258   ATA.coeffRef (6) = ATA.coeff (1);
 259   ATA.coeffRef (12) = ATA.coeff (2);
 260   ATA.coeffRef (13) = ATA.coeff (8);
 261   ATA.coeffRef (18) = ATA.coeff (3);
 262   ATA.coeffRef (19) = ATA.coeff (9);
 263   ATA.coeffRef (20) = ATA.coeff (15);
 264   ATA.coeffRef (24) = ATA.coeff (4);
 265   ATA.coeffRef (25) = ATA.coeff (10);
 266   ATA.coeffRef (26) = ATA.coeff (16);
 267   ATA.coeffRef (27) = ATA.coeff (22);
 268   ATA.coeffRef (30) = ATA.coeff (5);
 269   ATA.coeffRef (31) = ATA.coeff (11);
 270   ATA.coeffRef (32) = ATA.coeff (17);
 271   ATA.coeffRef (33) = ATA.coeff (23);
 272   ATA.coeffRef (34) = ATA.coeff (29);
 273
 274   // Solve A*x = b
 275   Vector6d x = static_cast<Vector6d> (ATA.inverse () * ATb);
 276
 277   // Construct the transformation matrix from x
 278   constructTransformationMatrix (x (0), x (1), x (2), x (3), x (4), x (5), transformation_matrix);
 279 }
 280 #endif /* PCL_REGISTRATION_TRANSFORMATION_ESTIMATION_POINT_TO_PLANE_LLS_WEIGHTED_HPP_ */