[發(fā)明專利]基于激光雷達點云的樹木分割方法及單棵樹提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710022884.4
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106815847B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊彪;許繼偉;王鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 非凡智慧(寧夏)科技有限公司
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T3/00;G06T17/00
• 代理公司: 37105 濟南誠智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 李修杰<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種基于激光雷達點云的樹木分割方法及單棵樹提取方法，其樹木分割過程為：1)從原始的激光雷達點云中將樹的點云分離出來；2)將三維的原始激光雷達點云投影到二維平面，并利用圖像分割算法對樹的點云進行初始分割；3)將二維的初始分割結(jié)果轉(zhuǎn)到三維網(wǎng)格環(huán)境下確定每個分割組塊的根網(wǎng)格和樹枝網(wǎng)格，利用3D網(wǎng)格融合算法將過分割的點云進行融合。本發(fā)明利用圖像分割算法獲取初始分割結(jié)果，然后通過3D網(wǎng)格融合算法對過度分割進行融合，并利用單棵樹的三維模型提取出單棵樹并獲取每棵樹的高度、體積和樹冠面積，修正了傳統(tǒng)圖像分割算法中出現(xiàn)的過度分割問題，提供準(zhǔn)確的單木提取結(jié)果，且不受點云密度的限制，極大地減少了人工干預(yù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于激光雷達點云的樹木分割方法及單棵樹提取方法，屬于激光雷達點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

機載激光雷達數(shù)據(jù)一般用于城市場景以及自然環(huán)境的三維模型重建。然而，目前基于激光雷達數(shù)據(jù)的三維重建方法需要繁重的人工干預(yù)。而自動算法產(chǎn)生的模型會產(chǎn)生許多錯誤，也需要人工進行修正。

在基于激光雷達數(shù)據(jù)的樹模型三維重建的過程中，其中最困難的部分之一是如何準(zhǔn)確地在激光雷達點云中識別并提取單個樹木，以便于后續(xù)進行樹木的建模。而精確的樹模型不僅僅關(guān)系到高度還原城市以及自然場景，對于森林、農(nóng)業(yè)等行業(yè)的應(yīng)用也有著至關(guān)重要的意義。例如，在準(zhǔn)確地單棵樹識別與建模的基礎(chǔ)上，可以得到精確的樹木總量，并從中計算出樹木高度、胸徑、樹冠、體積等參數(shù)。進而可以提高估算森林生物量、樹木年齡分布的準(zhǔn)確度。這樣，可以指導(dǎo)經(jīng)濟樹種的砍伐，提高產(chǎn)量，保證林業(yè)生產(chǎn)和木材采伐的可持續(xù)性。并有利于森林資源的集約利用以及可持續(xù)發(fā)展，對生態(tài)環(huán)境保護也產(chǎn)生重要的作用。

然而，目前傳統(tǒng)方法很難滿足精確識別單棵樹的需求，盡管這些方法可以較準(zhǔn)確地區(qū)分樹和建筑物等其它地物。但是受點云密度影響，這些方法都不能很好地將單棵樹的點云從一群樹的點云中分割出來。特別地，在樹冠茂密，樹葉互相重疊的情況下，傳統(tǒng)方法會造成多棵樹被認(rèn)作為一棵樹，由此造成最終樹木參數(shù)的計算結(jié)果不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于激光雷達點云的樹木分割方法及單棵樹提取方法，其通過樹木分割能夠精確識別出單棵樹。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：基于激光雷達點云的樹木分割方法，其特征是，它通過圖像初始分割和過分割點云融合處理來對激光雷達點云中的樹木進行分割。

進一步地，所述樹木分割過程包括以下步驟：

1）從原始的激光雷達點云中將樹的點云分離出來；

2）將三維的原始激光雷達點云投影到二維平面，并利用圖像分割算法對樹的點云進行初始分割；

3）將二維的初始分割結(jié)果轉(zhuǎn)到三維網(wǎng)格環(huán)境下，首先確定每個分割組塊的根網(wǎng)格和樹枝網(wǎng)格，然后利用3D網(wǎng)格融合算法將過分割的點云進行融合。

進一步地，在步驟1）中，樹的點云的分離過程是通過濾波方法先將原始激光雷達點云分為地面點和非地面點，再利用分類方法將非地面點分為樹的點云和非樹點云。

進一步地，所述將原始激光雷達點云分為地面點和非地面點的過程包括以下步驟：

1）選取初始種子點構(gòu)建初始TIN：確定點云的邊界，并以最大建筑物尺寸為網(wǎng)格大小，構(gòu)建網(wǎng)格，選取每個網(wǎng)格中的最低點作為種子點，四個角點的高程等于距離該角點最近的種子點高程，剩下的點則定義為待定點；

2)TIN迭代加密：對待定點進行判定是否為地面點并且刷新三角網(wǎng)，根據(jù)待定點的坐標(biāo)位置，確定待定點所在的三角面片，計算其與所在三角面片的角度和距離，如果角度和距離均小于給定閾值則定義為地面點；否則計算三角面片的坡度，如果坡度小于閾值則判定該點為非地面點；否則，對該點的鏡像點判斷是否為地面點，如果是則該點為地面點，否則為非地面點；