[發(fā)明專利]一種利用LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610143722.1
• 申請日: 2016-03-14
• 公開（公告）號: CN105825506B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈東振;何秀鳳
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種利用LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法，其特征在于，包括以下具體步驟：

步驟1，讀取目標(biāo)區(qū)域的原始機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到原始LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的總個數(shù)n；

步驟2，確定格網(wǎng)劃分的步長并確定x方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)n_x和n_y；

步驟3，遍歷步驟2中得到的n_x×n_y個格網(wǎng)，根據(jù)格網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)云的個數(shù)來判斷格網(wǎng)是否為水體內(nèi)格網(wǎng)，并記錄每個水體內(nèi)格網(wǎng)的位置，從而得到所有水體內(nèi)格網(wǎng)及其位置，具體步驟如下：

301：令w＝1，v＝1；

302：對第w行第v列格網(wǎng)的四個頂點(diǎn)進(jìn)行編號，其中該格網(wǎng)的右下角頂點(diǎn)編號為1，其他頂點(diǎn)按逆時針順序依次編號為2、3和4，利用公式4計算該格網(wǎng)1～4頂點(diǎn)的坐標(biāo)(x_right,y_down)、(x_right,y_up)、(x_left,y_up)和(x_left,y_down)：

xleft=min x+(w-1)×stepxright=min x+w×stepydown=min y+(v-1)×stepyup=min y+v×step---(4)]]>

303：計算當(dāng)前格網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)云的個數(shù)z，如果z≥5，則執(zhí)行步驟304；若z＜5，則將當(dāng)前格網(wǎng)標(biāo)記為水體內(nèi)格網(wǎng)，轉(zhuǎn)入步驟305；

304：令w＝w+1，如果w≤n_x，則v保持不變，返回步驟302；如果w＞n_x，則令w＝1，v＝v+1，返回步驟302；

305：記錄每個水體內(nèi)格網(wǎng)的位置，從而得到所有水體內(nèi)格網(wǎng)及其位置；

步驟4，逐個搜索步驟3得到的l個水體內(nèi)格網(wǎng)的八連通格網(wǎng)，獲得目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有水陸交界格網(wǎng)，并確定所有水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點(diǎn)，具體步驟如下：

401：令I(lǐng)＝1；

402；將第I個水體內(nèi)格網(wǎng)作為種子格網(wǎng)，對種子格網(wǎng)的八連通格網(wǎng)進(jìn)行編號，其中右下角格網(wǎng)編號為1，其他格網(wǎng)按逆時針方向依次編號為2～8；

403：分別計算1～8號格網(wǎng)內(nèi)的點(diǎn)云個數(shù)h，若h≥5則將該格網(wǎng)標(biāo)記為水陸交界格網(wǎng)；

404：令I(lǐng)＝I+1，若I≤l則返回步驟402，否則終止迭代，從而得到目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有水陸交界格網(wǎng)，執(zhí)行步驟405；

405：確定步驟403中標(biāo)記的水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點(diǎn)；

步驟5，逐個搜索步驟4得到的K個水陸交界格網(wǎng)，得到每個水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點(diǎn)，具體步驟如下：

501：令t＝1；

502，任選一個第t個水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點(diǎn)作為種子頂點(diǎn)w₁，采用K-D樹組織種子頂點(diǎn)和該水陸交界格網(wǎng)內(nèi)的點(diǎn)云，利用最近鄰算法獲得種子頂點(diǎn)的最近鄰點(diǎn)，將最近鄰點(diǎn)作為水體邊緣點(diǎn)的初始種子點(diǎn)o₁；

503：以初始種子點(diǎn)o₁為起點(diǎn)，確定初始種子點(diǎn)o₁逆時針一側(cè)的水體邊緣點(diǎn)，具體步驟如下：

50301：采用k近鄰算法搜索初始種子點(diǎn)o₁在該水陸交界格網(wǎng)中的最近鄰點(diǎn)云點(diǎn)p₁,p₂,...,p_q，其中q為搜索到的最近鄰點(diǎn)云點(diǎn)的個數(shù)；

50302：利用公式5計算初始角α₀：

式中，a為o₁和w₁之間的距離，b為w₁和w₂之間的距離，c為o₁和w₂之間的距離，w₂為該水陸交界格網(wǎng)中w₁逆時針方向的下一個頂點(diǎn)；

50303：利用公式6計算p_i、w₁和w₂構(gòu)成的∠p_iw₁w₂的度數(shù)，并記為α_i：

式中，i＝1,2,…,q；a_i為p_i和w₁之間的距離，b為w₁和w₂之間的距離，c_i為p_i和w₂之間的距離；

50304：從α₁,α₂,...,α_q中選擇大于初始角α₀的角，并將其對應(yīng)的最近鄰點(diǎn)云點(diǎn)重新記為N₁,...,N_s，其中s為α₁,α₂,...,α_q中大于初始角α₀的角的個數(shù)；

50305：利用公式7計算∠N_jo₁w₁的度數(shù)，并記為β_j：

式中，j＝1,2,…,s；A_j為N_j和o₁之間的距離，a為o₁和w₁之間的距離，C_j為N_j和w₁之間的距離；

50306：從β₁,β₂,…,β_s中選擇度數(shù)最小的角，該角對應(yīng)的最近鄰點(diǎn)云點(diǎn)即為水體邊緣點(diǎn)；

50307：將步驟50306得到的水體邊緣點(diǎn)作為新的初始種子點(diǎn)，重復(fù)步驟50301～50306，繼續(xù)尋找下一個水體邊緣點(diǎn)，直至無新的水體邊緣點(diǎn)出現(xiàn)；

504：以初始種子點(diǎn)o₁為起點(diǎn)，確定初始種子點(diǎn)o₁順時針一側(cè)的水體邊緣點(diǎn)，具體步驟如下：

50401：利用公式8計算初始角θ₀：

式中，a為o₁和w₁之間的距離，e為w₁和w₃之間的距離，f為o₁和w₃之間的距離，w₃為該水陸交界格網(wǎng)中w₁順時針方向的下一個頂點(diǎn)；

50402：利用公式9計算p_i、w₁和w₃構(gòu)成的∠p_iw₁w₃的度數(shù)，并記為θ_i：

式中，a_i為p_i和w₁之間的距離，e為w₁和w₃之間的距離，f_i為p_i和w₃之間的距離；

50403：從θ₁,θ₂,...,θ_q中選擇大于初始角θ₀的角，并將其對應(yīng)的最近鄰點(diǎn)云點(diǎn)重新記為M₁,M₂,...,M_d，其中d為θ₁,θ₂,...,θ_q大于初始角θ₀的角的個數(shù)；

50404：利用公式10計算∠M_uo₁w₁的度數(shù)，并記為ω_u：

式中，u＝1,2,…,d；D_u為M_u和o₁之間的距離，a為o₁和w₁之間的距離，F(xiàn)_u為M_u和w₁之間的距離；

50405：從ω₁,ω₂,...,ω_d中選擇度數(shù)最小的角，該角對應(yīng)的最近鄰點(diǎn)云點(diǎn)即為水體邊緣點(diǎn)；

50406：將步驟50305得到的水體邊緣點(diǎn)作為新的初始種子點(diǎn)，重復(fù)步驟50401～50405，繼續(xù)尋找下一個水體邊緣點(diǎn)，直至無新的水體邊緣點(diǎn)出現(xiàn)；

505：整合步驟503和步驟504獲得的水體邊緣點(diǎn)，得到當(dāng)前水陸交界格網(wǎng)的所有水體邊緣點(diǎn)；

506，令t＝t+1，若t≤K，則返回步驟502，搜索下一個水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點(diǎn)；若t＞K，則終止迭代，執(zhí)行步驟6；從而得到所有水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點(diǎn)；

步驟6，整合步驟5中得到的所有水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點(diǎn)，從而得到目標(biāo)區(qū)域水體的邊緣圖像。