[發明專利]一種基于雙向布料模擬的機載激光測深點云濾波方法

有效

• 申請號: 201910902029.1
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN110796741B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 楊安秀;吳自銀;陽凡林;宿殿鵬;馬躍;亓超;卜憲海
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06T19/20
• 分類號: G06T19/20;G06T17/05;G06T5/20
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 種艷麗

本發明公開了一種基于雙向布料模擬的機載激光測深點云濾波方法，屬于海洋測繪技術領域，其首先獲取機載激光測深數據,計算出海底激光點坐標；然后通過構建傳遞式迭代趨勢面剔除海底負異常數據并表達海底地形的連續性；最后依據雙向布料模擬改正模型構建濾波面，完成機載激光測深點云濾波。本發明通過這種方法，實現了機載激光測深點云的高精度、強魯棒性濾波，有效解決了現有方法無法識別機載激光測深的負異常數據及容易產生過度濾波的問題。

技術領域

本發明屬于海洋測繪技術領域，具體涉及一種基于雙向布料模擬的機載激光測深點云濾波方法。

背景技術

機載激光測深系統具有測量精度高、測點密度高，工作效率高、機動性強、測量連續性等特點，特別適合于淺水區、海島礁附近區域等復雜地形的快速探測，可以實現海岸線水上水下地形的無縫拼接。對于滿足海洋、測繪、水利、交通、外交、海軍等多方面的迫切需求，具有重要意義。機載激光測深系統采用水體穿透能力較強的532nm藍綠激光作為海底探測手段，當藍綠激光到達海面時，一部分激光束沿原路徑反射，另一部分激光束則穿透海面進入水體。但是當淺海水體中存在大量浮藻、魚群或是海底植被時，就會造成進入水體的激光束無法到達海底而提前反射，由此會產生大量不規律的噪聲點，影響了海底地形的真實性表達。海底地形是了解地球外部形狀、海底構造運動、海底演化的直接依據，也是海洋經濟開發、海洋科學研究和海洋軍事應用等方面的重要基礎數據。因此，為了提取真實的海底地形，有必要研究一種有效的海底激光點云濾波方法。

當前主流的濾波方法主要分為多波束水深數據濾波和陸地機載激光掃描數據濾波，但是這些方法對于機載激光測深數據的適用性尚未得到驗證，而有關機載激光測深點云數據濾波的方法又相對較少，因此有必要提出基于雙向布料模擬的機載激光測深點云濾波方法，以實現機載激光測深點云的高精度、強魯棒性濾波。

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種基于雙向布料模擬的機載激光測深點云濾波方法，設計合理，解決了現有技術無法識別機載激光測深負異常數據及容易產生過度濾波的問題，該濾波方法充分保留了海底微地形地貌特征，保證了海底地形數據的完整性，對于機載激光測深數據具有較好的適用性及魯棒性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于雙向布料模擬的機載激光測深點云濾波方法，包括以下步驟：

步驟1：獲取機載激光測深點云數據，計算出海底激光點坐標；

步驟2：采用二次曲面LM(Levenberg-Marquardt)算法擬合，構建傳遞式迭代趨勢面，剔除海底負異常數據，表達海底連續性；

步驟3：構建雙向布料模擬修正模型，并依據修正模型進行海底激光點云的雙向濾波，獲得最終的濾波面。

優選地，在步驟2中，傳遞式迭代趨勢面的構建方法如下：

步驟2.1：二次曲面LM算法擬合：假設以點P為中心，以r為半徑，搜索給定半徑區域內的所有海底激光點，由該區域內的所有激光點擬合形成的二次曲面模型如公式(1)所示：

其中，(x_j,y_j,z_j)為點集N_j(j＝1,2,…,k)內的激光點在局部坐標系中的地理坐標；a、b、c、d、e和f為二次曲面擬合參數；

步驟2.2：以點P₁為中心，以r為半徑，搜尋區域內的所有激光點并進行二次曲面LM擬合；計算曲面內激光點的水深均值及水深標準差σ_H，尋找與之差大于2σ_H的激光點，記為負異常點存入可疑點集，并將所有可疑點的水深值歸算到擬合的二次曲面內，確保離散點集N₁中不含有粗差且保證測深數據的完整性；