[發明專利]結合形態學冠層控制和分水嶺的LiDAR數據單木提取方法

有效

• 申請號: 201110332395.1
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102419818A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 趙旦;龐勇;李增元;劉清旺;徐光彩
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院資源信息研究所
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及激光雷達數據處理技術，尤其涉及一種結合形態學冠層控制和分水嶺的LiDAR數據單木提取方法。

背景技術

激光雷達(Light?Detecting?and?Ranging，LiDAR)技術是近20年來遙感領域最具革命性的成就之一。根據其特點，LiDAR技術在林業上有著極為廣泛的應用，尤其在構建冠層高度模型(Canopy?Height?Model，CHM)等方面有著突出的優勢。

目前從LiDAR數據中提取單木的算法有很多，其中一些算法是針對CHM進行的。CHM是林業研究中的一個重要模型，它表示了地面以上的冠層高度，反映了植被的垂直高度變化以及植被上表面的水平分布情況。針對CHM、從LiDAR數據中提取單木是指，根據LiDAR數據建立CHM，從CHM中提取單木的方法。目前，從CHM中提取單木的方法主要是區域生長法和標記分水嶺法。

但是，現有的從CHM中提取單木的方法對CHM質量要求較高，且無法保證單木提取的精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種從結合形態學冠層控制和分水嶺的LiDAR數據單木提取方法，從而解決在提取單木時對CHM質量的依賴程度過高，以及提取單木精度無法保證的問題。

本發明的目的通過以下技術方案來實現。

一種結合形態學冠層控制和分水嶺的LiDAR數據單木提取方法，包括：

步驟1、基于LiDAR數據建立CHM；

步驟2、基于形態學冠層控制，在所述CHM中確定外部標記；

步驟3、對所述CHM進行全局中值濾波處理；

步驟4、結合所述外部標記，使用局部極值的方式獲得全局中值濾波處理后的CHM的內部標記；

步驟5、結合所述內部標記，對步驟1中所述的CHM進行第一次分水嶺操作；

步驟6、利用所述外部標記，剔除第一次分水嶺操作結果中的非冠層水槽，得到優化的第一次分水嶺操作結果；

步驟7、查找所述優化的第一次分水嶺操作結果中沒有內部標記的水槽，對所述沒有內部標記的水槽進行重建，得到重建后的CHM；

步驟8、結合所述內部標記，對重建后的CHM進行第二次分水嶺操作；

步驟9、利用所述外部標記，剔除第二次分水嶺操作結果中的非冠層水槽，得到優化的第二次分水嶺操作結果；

步驟10、使用預定的結構元素，對第二次分水嶺操作結果進行開操作，得到單木分割結果；

步驟11、根據單木分割結果，提取單木參數。

本發明的關鍵在于始終將冠層控制的概念與單木分割過程結合，并且通過重建，進行了兩次的分水嶺操作，從而大大的減少了過分割現象。分水嶺分割之后，該發明還使用基于自適應結構元素形態學操作對結果進行優化，使得分割的單木冠層更貼近于真實的冠層形狀。因此，本發明提供的方法，分割的結果只存在可忽略的過分割現象，使得單木分割的精度得到了提高，且降低了對CHM質量的依賴，具有很強的實用價值。

附圖說明

圖1本發明實施例提供的一種方法流程圖；

圖2為本發明實施例提供的冠幅測量示意圖。

具體實施方式

本發明提供一種結合形態學冠層控制和分水嶺的LiDAR數據單木提取方法，其實現方式如圖1所示，包括如下操作：

步驟1、基于LiDAR數據建立CHM；

步驟2、基于形態學冠層控制，在步驟1中建立的CHM中確定外部標記；

所述的外部標記是一個二值圖像，用來表示樹冠的分布情況。

所述的外部標記并不參與后續分水嶺運算，以最大程度的保留分割的緊湊性，避免為控制過分割而帶來的欠分割現象。

外部標記的作用是針對分水嶺運算的結果進行冠層控制，以剔除分水嶺運算結果中的非冠層水槽。

可以使用基于形態學的冠層控制進行外部標記的確定。作為舉例而非限定，步驟2的具體實現方式可以是：

步驟21、對上述的CHM進行形態學開操作，開操作的數學表示如下：

CHM_Open＝CHMοS????????????????????公式(1)

其中，CHM_Open為經過開操作后的CHM，CHM為步驟1中建立的CHM，ο是形態學開操作算子，S為近圓形結構元素。

步驟22、將開操作的結果與設定的冠層閾值進行比較，根據比較結果獲得外部標記的初始二值圖像；