lidar-manager 0.1.0

LiDAR 点云投影、颜色管理、降采样、缓存，含单点 3D→2D 投影，输出渲染图

lidar-manager

LiDAR 点云投影、颜色管理、降采样、缓存、距离/强度过滤，输出一张渲染后的图片。

安装

pip install lidar-manager

功能特性

• lidar2cam 投影：内参、外参、针孔/鱼眼畸变
• 颜色管理：按距离/强度着色，内置多套配色（jet、viridis、rainbow 等），可直接选用
• 过滤管理：按强度或距离阈值/范围过滤
• 降采样：uniform / random / voxel / distance_based
• 缓存：去畸变与点云投影缓存，减少重复计算
• 输出：一张渲染后的图片（点云叠加在图像上）

当前版本：0.1.0。版本更新与变更见 version_update.md。

输入与输出

• 输入：点云、图像、内参、外参、颜色管理（配色方案）、过滤管理（可选：强度/距离范围）
• 输出：一张渲染后的图片

快速开始

import numpy as np
from lidar_manager import (
    ProjectionManager,
    ImageProcessor,
    get_default_color_scheme,
    list_default_scheme_names,
)

# 内置配色名称
print(list_default_scheme_names())  # ['jet', 'viridis', 'rainbow', ...]

# 获取默认配色（BGR 列表）
colors = get_default_color_scheme("jet")

# 构造投影管理器
K = np.eye(3)  # 3x3 内参
K[0, 0] = K[1, 1] = 1000
K[0, 2], K[1, 2] = 960, 540
T = np.eye(4)  # 4x4 外参 lidar2cam

pm = ProjectionManager(
    image_processor=ImageProcessor(K),
    initial_distance_range=(0, 100),
)
pm.update_intrinsic(K)
pm.update_extrinsic(T)

# 处理图像（去畸变）
image = np.zeros((1080, 1920, 3), dtype=np.uint8)  # 你的图像
proc_image, _ = pm.process_image(image)
pm.update_image_size(proc_image.shape[1], proc_image.shape[0])

# 更新配色
pm.update_color_scheme(colors)

# 点云 Nx3 或 Nx4 (x,y,z[, intensity])
points = np.random.randn(10000, 4).astype(np.float32)
points[:, 3] = np.clip(points[:, 3], 0, 255)  # intensity

# 投影并可选范围过滤
pm.project_points(
    points,
    color_type="distance",
    range_filter_params={"min_val": 5.0, "max_val": 80.0, "mode": "distance"},
)

# 输出：一张渲染后的图片
rendered = pm.render_to_image(proc_image, point_size=2, point_opacity=1.0)
# 保存或显示 rendered

接口说明

投影与渲染

• project_points(points, color_type="distance", attr_range=None, color_filter_params=None, range_filter_params=None)
  唯一投影入口：将点云投影到当前图像并构建内部映射表。可传入 range_filter_params（如 {"min_val": 5.0, "max_val": 80.0, "mode": "distance"}）做全局距离/强度范围过滤；返回过滤后的映射表或 None。

• render_to_image(image, point_size=2, point_opacity=1.0, use_background_mode=True)
  将当前映射表中的点云渲染到图像上，返回叠加后的图像。

按像素查询

• find_nearest_point(px, py, search_radius=5)
  返回像素 (px, py) 处或邻域内最近的一个 3D 点（按 lidar 距离），返回 dict（含 pixel, xyz, cam_xyz, attr, normalized, color）；无点时返回 None。

• project_point(xyz)
  将单个 LiDAR 3D 点投影为图像像素坐标，返回 (u, v) 或 None（点在相机后方或超出图像范围时）。与 project_points 使用相同的内参、外参与畸变模式，用于 PnP 选点时的 marker 与待确认十字绘制（与 D07 选点 API 配合）。

• get_lidar_3d_at_pixel(px, py, search_radius=5, distance_range=None, intensity_range=None, color_filter=None, return_attributes=False)
  按像素位置与可选的距离/强度/颜色过滤条件，筛选该位置附近的 lidar 3D 点列表。需先调用 project_points。

  • distance_range=(min_d, max_d)：仅保留距离在 [min_d, max_d] 米内的点。
  • intensity_range=(min_i, max_i)：仅保留强度在该区间内的点。
  • color_filter={"reference_color": [B,G,R], "threshold": float}：仅保留与参考色 BGR 距离 ≤ threshold 的点。
  • return_attributes=False 时返回 List[Tuple[x,y,z]]，True 时返回 List[Dict]（含 xyz、distance、intensity、pixel、color 等）。无点时返回 []。

颜色与展示接口（供 UI 使用）

以下接口便于界面展示与交互，无需依赖内部实现。

状态与查询

• get_current_color_type()：返回当前着色属性 "distance" 或 "intensity"。
• get_color_scheme()：返回当前 BGR 颜色列表（无配色时返回 None）。
• get_filtered_point_count()：返回当前过滤后的映射表点数。

映射表与按像素

• get_filtered_mapping()：返回当前过滤后的映射表（只读），字段含 pixel_2d、xyz_3d、distance、intensity、color_bgr、normalized、cam_xyz。
• get_points_at_pixel(px, py)：返回该像素处所有映射点，List[Dict]（含 pixel, xyz, cam_xyz, attr, normalized, color），供 PnP 选点等。
• get_points_in_radius(px, py, radius)：返回像素邻域内映射点（按 LiDAR 距离排序），List[Dict]，与 find_nearest_point 互补。

投影后范围过滤与配色

• apply_range_filter(min_val, max_val, mode)：对当前映射表按属性范围过滤，mode 为 "distance" 或 "intensity"，用于颜色区间过滤等。
• clear_filters()：清除当前范围/属性过滤。
• update_color_scheme(colors, recompute_normalized=False)：更新配色方案（BGR 列表）；切换配色或缩配色区间后调用。

归一化范围（V0.0.5）

• set_normalization_range(min_val, max_val, color_type=None)：设置归一化使用的属性范围（距离单位米或强度值），并重算 normalized 与颜色；用于手动模式。color_type 可选 "distance" / "intensity"，不传则保持当前着色属性。
• recompute_normalized_and_colors(use_auto_range=False)：根据当前映射表重新计算归一化值与颜色。use_auto_range=True 时使用当前点云实际属性范围（自适应）；False 时使用已通过 set_normalization_range 设置的范围。需在 project_points 之后调用。

可选

• get_color_stats_for_colormap(num_bins, min_val, max_val)：返回 {"point_counts", "rendered_counts", "global_range"}，供配色查看器一次获取统计与范围。
• get_points_and_colors_for_render()：与 render_to_image 相同逻辑（每像素最近点），返回 (points_2d, colors_bgr)，供自绘或导出；无数据时返回 (None, None)。

典型场景：配色切换、颜色区间过滤、配色查看器、按像素选点（PnP）等。

标定与畸变（V0.0.8）

• set_calibration(K, D=None, camera_model='pinhole', image_size=None)
  一次性设置原始内参 K、畸变系数 D 与相机模型；内部自动维护「图像去畸变」与「点云加畸变」两种方式，切换 set_distortion_mode 时无需再传内参。

  • K：3x3 原始内参矩阵。
  • D：畸变系数，None 表示无畸变。
  • camera_model：'pinhole' 或 'fisheye'。
  • image_size：可选 (width, height)。

• set_distortion_mode(mode)：切换畸变模式（'image_undistort' | 'pointcloud_distort'），无需再传内参。

其它常用接口

• update_intrinsic(K) / update_extrinsic(T) / update_image_size(width, height)：更新内参、外参、图像尺寸（内参与畸变建议优先用 set_calibration 一次设置）。
• get_visible_points()：返回当前可见点的数组（xyz + 当前属性）。
• get_global_attr_range()：返回归一化使用的全局属性范围 (min_val, max_val)。
• set_normalization_range(min_val, max_val, color_type=None) / recompute_normalized_and_colors(use_auto_range=False)：见上文「归一化范围（V0.0.5）」。

日志（V0.0.7）

本库日志命名空间为 lidar_manager，子模块为 lidar_manager.xxx.yyy。应用可单独控制本库日志级别，不影响 root logger：

import logging
import lidar_manager

# 方式一：标准库
logging.getLogger("lidar_manager").setLevel(logging.DEBUG)

# 方式二：包 API
lidar_manager.set_level(logging.DEBUG)
# 或获取包根 logger 后自行添加 handler
lidar_manager.get_logger().addHandler(logging.StreamHandler())

• get_logger()：返回包根 logger（lidar_manager）。
• set_level(level)：设置包根 logger 的级别（如 logging.DEBUG）。
• get_module_logger(name)：子模块内部使用；应用一般无需直接调用。

依赖

• Python >= 3.10
• numpy, opencv-python, PyYAML, open3d

License

MIT