[發(fā)明專利]一種機載LiDAR點云空洞內(nèi)插方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110080778.8
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112734677B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程曉光;潘瑤;嚴明;馬愛萍
• 申請（專利權(quán)）人: 飛燕航空遙感技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T17/20;G06T17/00;G06T3/00;G06V10/762
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 常虹

本發(fā)明公開了一種機載LiDAR點云空洞內(nèi)插方法，包括：1、在投影坐標系下將類別為C的點云數(shù)據(jù)Ssubgt;C/subgt;垂直投影到XY平面，獲取點云數(shù)據(jù)在XY平面的外邊界、X和Y坐標的最大值和最小值，并基于XY坐標構(gòu)建點云二維空間索引；設(shè)置空洞寬度范圍；2、檢測并獲取有效空洞點，構(gòu)成有效空洞點集合Ssubgt;hole/subgt;；3、對Ssubgt;hole/subgt;中的有效空洞點進行聚類，得到一個或多個有效空洞點子集；4、遍歷有效空洞點聚類結(jié)果，對每個有效空洞點子集進行內(nèi)插。該方法可以穩(wěn)健高效地檢測到點云空洞，在對空洞進行內(nèi)插時充分利用空洞兩側(cè)的采樣點，避免只利用內(nèi)插位置的最鄰近采樣點造成的牛眼、階躍等內(nèi)插異常情況，生成符合局部空間趨勢的點云。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機載激光雷達點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種點云空洞的內(nèi)插方法。

背景技術(shù)

在機載激光雷達(Light?Detection?And?Ranging，LiDAR)點云中，經(jīng)常存在大片沒有點的區(qū)域，即空洞。例如，激光脈沖一般不能穿透建筑物屋頂，導致在建筑物屋頂覆蓋的區(qū)域(面積可達數(shù)百數(shù)千平方米)，沒有一個地面點；在郁閉度很高的森林，激光脈沖難以穿透樹冠到達地面并產(chǎn)生有效的地面回波，這使得地面點分布非常稀疏，可能幾十幾百平方米內(nèi)才存在一個地面點。在飛機飛行高度較高(例如大于6000m)時，為了確保機艙內(nèi)的溫度和壓力正常，需要對機艙做密封處理，而在對LiDAR進行密封處理時，需要在發(fā)射器/接收器外安裝均勻透明的玻璃板。由于玻璃板的漫反射無法完全消除，因而會有漫反射的激光脈沖進入激光接收器，在時間上和前期發(fā)射的激光脈沖的回波有重疊，有可能導致這些漫反射激光脈沖被認為是有效的回波信號，也有可能導致有效的回波信號被認為是漫反射噪聲。后者會形成條帶狀空洞，空洞覆蓋的地形的高程集中在一個狹窄的范圍內(nèi)，即在特定區(qū)域的特定高程范圍缺乏點云，表達為細條帶狀的空洞。如果不對這些空洞進行內(nèi)插，則后續(xù)的點云分類、DEM生成、DSM生成、等高線生成等都會受到很大的影響，尤其影響模型的精度。

對空洞進行內(nèi)插，首先需要檢測空洞。常見的檢測方法包括Alpha-shape法、三角網(wǎng)法、柵格到矢量轉(zhuǎn)換的方法等。這些方法存在需要在全局進行檢測、計算復雜度高、執(zhí)行效率低等問題。

在GIS和測繪領(lǐng)域常用的空間數(shù)據(jù)內(nèi)插方法包括最鄰近點法、雙線性內(nèi)插法、雙三次內(nèi)插法、反距離加權(quán)法、移動平均法、三角線性內(nèi)插法、克里金法、最小曲率法、多元回歸法、Shepard法、自然鄰域法等。

雙線性內(nèi)插法、雙三次內(nèi)插法、樣條函數(shù)內(nèi)插法等適用于規(guī)則格網(wǎng)分布的采樣點，不適合分布存在隨機性的機載LiDAR點云。其它方法雖然可以有條件地應(yīng)用在機載LiDAR點云內(nèi)插中，但并不特別適合對點云空洞進行內(nèi)插。其中最核心的問題是這些方法在選取采樣點時一般采用和內(nèi)插位置最接近的已知點作為采樣點進行內(nèi)插。當用在空洞內(nèi)插上，會出現(xiàn)如圖1所示的情況。在圖1-(a)中，白色點為空洞左側(cè)的已知點，灰色點為空洞右側(cè)的已知點，白色和灰色的矩形均為空洞。如果使用最鄰近的已知點作為采樣點，則位于白色矩形內(nèi)的內(nèi)插點均會選用白色點作為采樣點，而位于灰色矩形內(nèi)的內(nèi)插點均會選用灰色點作為采樣點。作為兩組不同的點，很明顯，白色點和灰色點所反映的局部空間分布趨勢不可能完全一致。基于此進行推斷內(nèi)插，得到的點分布也不會一致，很容易在白色矩形和灰色矩形交界處造成如圖1-(b)所示的階躍和不連續(xù)。圖1-(b)是圖1-(a)的垂直剖面圖。對于地形來說，這種不連續(xù)是不能接受的。

三角線性內(nèi)插法雖然在選取采樣點時有可能避免只采用最鄰近采樣點，但是由于只取內(nèi)插點落入三角形的三個頂點，所以只能進行線性內(nèi)插，不能描述復雜的空間曲面。

綜上所述，對于機載LiDAR點云來說，亟需一種新的空洞內(nèi)插方法，能夠快速高效檢測點云空洞，且在內(nèi)插時避免只利用最鄰近采樣點，而是可以利用到空洞兩側(cè)數(shù)目足夠多的采樣點進行內(nèi)插，使內(nèi)插出的點準確符合局部點云分布趨勢。

發(fā)明內(nèi)容