專利名稱：一種激光雷達(dá)與航空攝影結(jié)合的建筑物測(cè)繪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光雷達(dá)與航空攝影結(jié)合的建筑物測(cè)繪方法，屬于利用多種遙感傳感器進(jìn)行測(cè)繪、融合處理的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
建筑物輪廓是重要的地理空間信息，在房地產(chǎn)、城市規(guī)劃、災(zāi)害管理、地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用。由于建筑物形狀千變?nèi)f化、周圍環(huán)境紛繁復(fù)雜，詳細(xì)而精確的建筑物測(cè)繪極具挑戰(zhàn)性，長期以來都是攝影測(cè)量與遙感領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。航空攝影雖然能獲取豐富的地理空間信息，但是除了建筑物輪廓，還有太多復(fù)雜的光譜和紋理信息，并容易受到對(duì)比度，光照、遮擋、陰影等的影響，從而造成建筑物輪廓定位困難。機(jī)載激光雷達(dá)通過具有穿透性的激光脈沖可以快速獲取大范圍區(qū)域的精確三維空間數(shù)據(jù)。密集的激光點(diǎn)云提供了詳盡的高程信息?？梢酝ㄟ^分析激光腳點(diǎn)的高程變化確定建筑物輪廓的位置。然而，激光脈沖是離散地打在地表的，具有很大的盲目性和不確定性，有些建筑物輪廓處可能沒有采集到點(diǎn)，這導(dǎo)致直接從點(diǎn)云中檢測(cè)的輪廓的水平精度較低。融合這兩種有著互補(bǔ)特征的數(shù)據(jù)源來檢測(cè)建筑物輪廓被認(rèn)為是一個(gè)很有前途的研究方向。但是在融合處理過程中有兩個(gè)問題必須面對(duì)。一是使用什么空間特征進(jìn)行融合，如何從這兩種數(shù)據(jù)源中分別提取空間特征。二是如何融合這些特征形成最終完整的建筑物輪廓。目前已有的方法主要集中在相對(duì)簡(jiǎn)單和規(guī)則的情況下，缺乏能夠自動(dòng)適應(yīng)不同復(fù)雜建筑物形狀的通用方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種激光雷達(dá)與航空攝影結(jié)合的建筑物測(cè)繪方法，充分利用兩種數(shù)據(jù)源互補(bǔ)的特點(diǎn)，分別從這兩種數(shù)據(jù)源中提取不同的建筑物特征，融合形成最終完整的建筑物輪廓。能夠自適應(yīng)任意復(fù)雜形狀的建筑物。本發(fā)明通過以下步驟的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
O使用機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)采集目標(biāo)區(qū)域的三維數(shù)據(jù)，得到原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
2)使用航空攝影系統(tǒng)獲取步驟I)中目標(biāo)區(qū)域的影像；
3)將點(diǎn)云與影像配準(zhǔn)；
4)平滑影像，并獲取影像梯度特征；
5)提取點(diǎn)云中建筑物輪廓點(diǎn)和鄰近非建筑物點(diǎn)，并投影到影像空間形成建筑物輪廓點(diǎn)緩沖區(qū)和鄰近非建筑物點(diǎn)緩沖區(qū)；
6)在建筑物輪廓點(diǎn)緩沖區(qū)和鄰近非建筑物點(diǎn)緩沖區(qū)的重疊緩沖區(qū)內(nèi)提取建筑物邊
緣； 7)融合點(diǎn)云面片特征和影像邊緣特征獲得完整的建筑物輪廓； 8)對(duì)輪廓進(jìn)行簡(jiǎn)化，生成建筑物測(cè)繪產(chǎn)品。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟6)中對(duì)重疊緩沖區(qū)和非重疊緩沖區(qū)賦予不同權(quán)值以輔助影像中的邊緣檢測(cè)。本發(fā)明采用了激光雷達(dá)與航空攝影相結(jié)合的技術(shù)，融合不同空間特征進(jìn)行建筑物測(cè)繪。整個(gè)技術(shù)方案采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式，無需任何規(guī)則形狀約束，能自適應(yīng)不同的工作區(qū)域和任意復(fù)雜形狀的建筑物，自動(dòng)化程度高。能夠減輕大范圍建筑物測(cè)繪工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和成果質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明一種激光雷達(dá)與航空攝影結(jié)合的建筑物測(cè)繪方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。實(shí)施例1
如圖1所示，本發(fā)明包括以下步驟
I)根據(jù)最終產(chǎn)品的要求，設(shè)定合適的參數(shù)(如掃描頻率、飛行高度等)，使用機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行三維空間數(shù)據(jù)采集，得到原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)。2)使用航空攝影獲取相同區(qū)域的高分辨率影像?，F(xiàn)在有些機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)集成了航空數(shù)碼相機(jī)，可在采集激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的時(shí)候同步獲取航空影像。3)使用內(nèi)、外方位元素和控制點(diǎn)信息，基于共線方程將二維影像和三維點(diǎn)云精確配準(zhǔn)。4)將影像轉(zhuǎn)換為256級(jí)灰度圖，然后用高斯濾波器平滑影像，接著使用一階偏導(dǎo)的有限差分來計(jì)算梯度的幅值和方向。5)通過點(diǎn)云濾波將地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)分離，然后根據(jù)面積、形狀特征從非地面點(diǎn)中提取建筑物點(diǎn)集，再根據(jù)鄰域高程變化將墻面點(diǎn)去除、提取屋頂面片，從而確定建筑物輪廓點(diǎn)和鄰近非建筑物點(diǎn)，并投影到配準(zhǔn)好的影像上構(gòu)建緩沖區(qū)。緩沖區(qū)的半徑稍大于點(diǎn)云的平均點(diǎn)間距，例如若點(diǎn)間距是I 2米，那么可設(shè)置緩沖區(qū)半徑為2米。6)上面構(gòu)建的建筑物輪廓點(diǎn)的緩沖區(qū)和鄰近非建筑物點(diǎn)的緩沖區(qū)會(huì)有一部分重疊。真正的建筑物輪廓最可能位于重疊緩沖區(qū)內(nèi)。據(jù)此在重疊緩沖區(qū)中對(duì)影像進(jìn)行非局部最大梯度點(diǎn)抑制和邊緣跟蹤，從而得到影像中建筑物邊緣。7)使用形態(tài)學(xué)的邊界提取方法自動(dòng)融合點(diǎn)云面片特征和影像邊緣特征得到完整的建筑物輪廓。首先使用形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算將屋頂面片和影像邊緣合并得到一個(gè)整體兒然后使用3X3的結(jié)構(gòu)元素對(duì)J進(jìn)行腐蝕得到凡再通過從J中去掉凡得到完整的建筑物輪廓。8)基于道格拉斯算法對(duì)建筑物輪廓進(jìn)行簡(jiǎn)化，生成建筑物測(cè)繪產(chǎn)品。實(shí)施例2
本實(shí)施例對(duì)所述第6)步中的重疊緩沖區(qū)和非重疊緩沖區(qū)賦予不同權(quán)值，能夠輔助影像中的邊緣檢測(cè)，達(dá)到更好的檢測(cè)效果。其他部分與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種激光雷達(dá)與航空攝影結(jié)合的建筑物測(cè)繪方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)使用機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)采集目標(biāo)區(qū)域的三維數(shù)據(jù)，得到原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 2)使用航空攝影系統(tǒng)獲取步驟I)中目標(biāo)區(qū)域的影像； 3)將點(diǎn)云與影像配準(zhǔn)； 4)平滑影像，并獲取影像梯度特征； 5)提取點(diǎn)云中建筑物輪廓點(diǎn)和鄰近非建筑物點(diǎn)，并投影到影像空間形成建筑物輪廓點(diǎn)緩沖區(qū)和鄰近非建筑物點(diǎn)緩沖區(qū)；6)在建筑物輪廓點(diǎn)緩沖區(qū)和鄰近非建筑物點(diǎn)緩沖區(qū)的重疊緩沖區(qū)內(nèi)提取建筑物邊緣； 7)融合點(diǎn)云面片特征和影像邊緣特征獲得完整的建筑物輪廓； 8)對(duì)輪廓進(jìn)行簡(jiǎn)化，生成建筑物測(cè)繪產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光雷達(dá)與航空攝影結(jié)合的建筑物測(cè)繪方法，其特征在于，所述步驟6)中對(duì)重疊緩沖區(qū)和非重疊緩沖區(qū)賦予不同權(quán)值以輔助影像中的邊緣檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光雷達(dá)與航空攝影結(jié)合的建筑物測(cè)繪方法。融合不同空間特征進(jìn)行建筑物測(cè)繪。整個(gè)技術(shù)方案采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式，無需任何規(guī)則形狀約束，能自適應(yīng)不同的工作區(qū)域和任意復(fù)雜形狀的建筑物，自動(dòng)化程度高。能夠減輕大范圍建筑物測(cè)繪工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和成果質(zhì)量。
文檔編號(hào)G01S17/89GK103076612SQ20131000424
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者李勇, 安如, 許捍衛(wèi), 徐佳, 何祺勝 申請(qǐng)人:河海大學(xué)