激光雷达(LiDAR)数据格式
激光雷达类型众多,获取的数据形式多样,如全波形数据、光子计数数据、离散点云数据等,其中离散点云数据应用最为广泛。本文主要介绍几种常见的离散点云数据格式,如专门为存储点云数据设计的格式(LAS/LAZ、PTS/PTX、PCD 等),以及具备表达和存储点云能力的文件格式(计算机图形学领域的模型文件如 PLY、OFF 等)。
LAS/LAZ 格式
LAS(Laser File Format)是一种专门为三维点云数据设计的文件格式,由美国摄影测量和遥感学会(American Society for Photogrammetry and Remote Sensing,ASPRS)管理和维护。
- GitHub:LAS Specification
LAS 文件格式采用二进制存储,可以保存激光点的三维坐标、强度、回波、RGB、扫描角等多种信息,是目前最为广泛使用的点云数据格式。LAZ 文件格式是 LAS 的无损压缩版本。
在 2019 年发布的最新版本 LAS 1.4 中,LAS 文件由公共文件头区、变长记录区、点数据记录区和可选的扩展变长记录区组成。
- 公共文件头区包含一些描述数据整体情况的记录,如点记录数、坐标边界;
- 变长记录区用来存储一些变长类型数据,如投影信息、元数据、波形数据包信息和用户应用数据等。
点数据记录了每个激光点的坐标和属性信息,LAS 1.4 格式支持 PDRFs(Point Data Record Formats)0 ~ 10 共计 11 种点类型。其中,PDRFs 6 ~ 10 为 ASPRS 推荐使用的点类型,PDRFs 0 ~ 5 主要用于兼容旧版本。每个 LAS 文件只能记录一种类型的点,在公共文件头区由“Point Data Format”字段标识。
LAS 文件中点坐标以长整型(4 字节)存储,相比直接采用双精度浮点型(8 字节)存储可以节省一半的存储空间。文件读写时,使用公共文件头区中的缩放因子和偏移量,对点数据记录区的长整型数值进行转换,得到真实坐标信息。
如果 LAS 文件包含波形数据包,可作为扩展变长记录(extended variable length record,EVLR)存储在所有点数据记录的末尾,以方便对其分离或实体化。EVLR 存储格式为无符号超长整型(8 字节),允许存储比变长记录(variable length record,VLR)更多的信息。
最后,由于 LAZ 格式采用了分块压缩方法减小文件的体积,因此会降低文件读写效率,主要用于对存储空间敏感而对读写效率不敏感的情况。