[發(fā)明專利]一種基于機載LiDAR測深系統(tǒng)的水下點云去噪方法

有效

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• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106643671B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設計）人: 王宗偉;盧剛;朱士才;彭樹標
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇省測繪工程院
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01S7/48
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李明

本發(fā)明提出一種基于機載LiDAR測深系統(tǒng)的水下點云去噪方法，其特征在于，包括以下步驟：波形分析，讀取點云的波形信息，通過對波形信息的分析來判斷點云的類型，將點云判定為水下地形點、可疑點或噪聲點，濾除噪聲點；測深性能參數(shù)驗證，將判定后得到的可疑點進行測深性能參數(shù)驗證，通過驗證判定可疑點為水下地形點或噪聲點，濾除噪聲點；高程均值離差迭代去噪，將判定后得到的水下地形點進行高程均值離差迭代去噪，得到最終水下地形點。本發(fā)明提出的方法能有效剔除塊狀噪聲，提高去噪結(jié)果的可靠性，保證水下地形的提取精度。

技術領域

本發(fā)明屬于測繪科學與技術領域，涉及一種點云去噪方法，具體為一種基于機載LiDAR測深系統(tǒng)的水下點云去噪方法。

背景技術

機載LiDAR(LightDetectionAndRanging，激光探測與測量)測深系統(tǒng)屬于主動測深系統(tǒng)，是采用掃描測量方式從空中發(fā)射激光來進行探測水深的方法，測深系統(tǒng)在進行測量作業(yè)時會發(fā)射紅外光和藍綠光兩種波長的激光脈沖，其中紅外波段不易穿透海水從而探測到水面后就進行回波，而波長處于0.47～0.58μm之間的藍綠光穿透海水時的衰減最小，穿透性強且方向性好，故藍綠波段可探測到海底。其在淺于50米的沿岸水域，具有無可比擬的優(yōu)越性，特別是能夠高效快速測量淺海島礁暗礁及船只無法安全到達的水域，為海岸帶的周期性、應急性監(jiān)測提供了新的技術手段。由于設備精度的限制、散射的影響以及水體浮游物的反射特性等，導致LiDAR測深系統(tǒng)采集的三維點云中不可避免的存在許多粗差點，即為噪聲點，如不將這些噪聲點剔除，勢必會影響后期水下地形的提取。因此，點云去噪是整個LiDAR測深點云數(shù)據(jù)處理流程中必不可少的重要環(huán)節(jié)。

目前，點云去噪的方法大都是針對傳統(tǒng)紅外LiDAR測高系統(tǒng)采集的三維點云，噪聲點占比少、分布離散，通過點云高程值的分布即可初步剔除噪聲點。高程均值離差方法是基于統(tǒng)計學原理實現(xiàn)點云去噪，該方法的思想是：噪點的個數(shù)遠小于非噪聲點的個數(shù)，因此計算區(qū)域內(nèi)所有點的高程均值，然后統(tǒng)計出每個點與高程均值的差值，最后根據(jù)高程差是否大于預先設定的閾值作為判定標準檢測出噪聲點并予以剔除。

高程均值離差方法對孤立點狀噪聲有較好的剔除效果，但對塊狀噪聲的剔除效果不理想，尤其是當噪聲點分布密于非噪聲點分布時的情況，需預先設定閾值，且該閾值的設定很難確定，不具有普適性。

此外，機載LiDAR測深系統(tǒng)在測量水深時，水體為主要的傳輸介質(zhì)，作為傳輸介質(zhì)，水體相比于空氣對于激光的影響更為復雜，除散射外，還有水體折射、水體對于激光的衰減等，特別是對于復雜的水質(zhì)環(huán)境，只依靠傳統(tǒng)的點云噪聲剔除方法很容易檢測出錯誤噪聲點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對背景技術中去噪方法對于塊狀噪聲的剔除效果不理想、閾值難以設定和去噪可靠性較差的問題，提出了一種對于塊狀噪聲的剔除效果較好且去噪可靠性高的基于機載LiDAR測深系統(tǒng)的水下點云去噪方法。

一種基于機載LiDAR測深系統(tǒng)的水下點云去噪方法，其特征在于，包括以下步驟：

S100：波形分析，讀取點云的波形信息，通過對波形信息的分析來判斷點云的類型，將點云判定為水下地形點、可疑點或噪聲點，濾除噪聲點；

S200：測深性能參數(shù)驗證，將通過步驟S100判定后得到的可疑點進行測深性能參數(shù)驗證，通過驗證判定可疑點為水下地形點或噪聲點，濾除噪聲點；

S300：高程均值離差迭代去噪，將通過步驟S100和步驟S200判定后得到的水下地形點進行高程均值離差迭代去噪，得到最終水下地形點。

進一步的，步驟S100中所述的波形信息為藍綠激光的回波強度。

進一步的，所述步驟S100波形判斷具體為：

S101：確定判斷閾值δ；

S102：確定縮放范圍x；