一種雷射雷達與航空攝影結合的建築物測繪方法
2023-12-09 22:07:31 3
專利名稱：一種雷射雷達與航空攝影結合的建築物測繪方法
技術領域：
本發明涉及一種雷射雷達與航空攝影結合的建築物測繪方法，屬於利用多種遙感傳感器進行測繪、融合處理的技術領域。
背景技術：
建築物輪廓是重要的地理空間信息，在房地產、城市規劃、災害管理、地理信息系統等領域發揮著不可或缺的作用。由於建築物形狀千變萬化、周圍環境紛繁複雜，詳細而精確的建築物測繪極具挑戰性，長期以來都是攝影測量與遙感領域的難點和熱點問題。航空攝影雖然能獲取豐富的地理空間信息，但是除了建築物輪廓，還有太多複雜的光譜和紋理信息，並容易受到對比度，光照、遮擋、陰影等的影響，從而造成建築物輪廓定位困難。機載雷射雷達通過具有穿透性的雷射脈衝可以快速獲取大範圍區域的精確三維空間數據。密集的雷射點雲提供了詳盡的高程信息。可以通過分析雷射腳點的高程變化確定建築物輪廓的位置。然而，雷射脈衝是離散地打在地表的，具有很大的盲目性和不確定性，有些建築物輪廓處可能沒有採集到點，這導致直接從點雲中檢測的輪廓的水平精度較低。融合這兩種有著互補特徵的數據源來檢測建築物輪廓被認為是一個很有前途的研究方向。但是在融合處理過程中有兩個問題必須面對。一是使用什麼空間特徵進行融合，如何從這兩種數據源中分別提取空間特徵。二是如何融合這些特徵形成最終完整的建築物輪廓。目前已有的方法主要集中在相對簡單和規則的情況下，缺乏能夠自動適應不同複雜建築物形狀的通用方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種雷射雷達與航空攝影結合的建築物測繪方法，充分利用兩種數據源互補的特點，分別從這兩種數據源中提取不同的建築物特徵，融合形成最終完整的建築物輪廓。能夠自適應任意複雜形狀的建築物。本發明通過以下步驟的技術方案來實現:
O使用機載雷射雷達系統採集目標區域的三維數據，得到原始點雲數據；
2)使用航空攝影系統獲取步驟I)中目標區域的影像；
3)將點雲與影像配準；
4)平滑影像，並獲取影像梯度特徵；
5)提取點雲中建築物輪廓點和鄰近非建築物點，並投影到影像空間形成建築物輪廓點緩衝區和鄰近非建築物點緩衝區；
6)在建築物輪廓點緩衝區和鄰近非建築物點緩衝區的重疊緩衝區內提取建築物邊
緣； 7)融合點雲面片特徵和影像邊緣特徵獲得完整的建築物輪廓； 8)對輪廓進行簡化，生成建築物測繪產品。作為本發明的進一步改進，所述步驟6)中對重疊緩衝區和非重疊緩衝區賦予不同權值以輔助影像中的邊緣檢測。本發明採用了雷射雷達與航空攝影相結合的技術，融合不同空間特徵進行建築物測繪。整個技術方案採用數據驅動的方式，無需任何規則形狀約束，能自適應不同的工作區域和任意複雜形狀的建築物，自動化程度高。能夠減輕大範圍建築物測繪工作的勞動強度，提高生產效率和成果質量。
圖1是本發明一種雷射雷達與航空攝影結合的建築物測繪方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。實施例1
如圖1所示，本發明包括以下步驟
I)根據最終產品的要求，設定合適的參數(如掃描頻率、飛行高度等)，使用機載雷射雷達系統對目標區域進行三維空間數據採集，得到原始點雲數據。2)使用航空攝影獲取相同區域的高解析度影像。現在有些機載雷射雷達系統集成了航空數位相機，可在採集雷射點雲數據的時候同步獲取航空影像。3)使用內、外方位元素和控制點信息，基於共線方程將二維影像和三維點雲精確配準。4)將影像轉換為256級灰度圖，然後用高斯濾波器平滑影像，接著使用一階偏導的有限差分來計算梯度的幅值和方向。5)通過點雲濾波將地面點和非地面點分離，然後根據面積、形狀特徵從非地面點中提取建築物點集，再根據鄰域高程變化將牆面點去除、提取屋頂面片，從而確定建築物輪廓點和鄰近非建築物點，並投影到配準好的影像上構建緩衝區。緩衝區的半徑稍大於點雲的平均點間距，例如若點間距是I 2米，那麼可設置緩衝區半徑為2米。6)上面構建的建築物輪廓點的緩衝區和鄰近非建築物點的緩衝區會有一部分重疊。真正的建築物輪廓最可能位於重疊緩衝區內。據此在重疊緩衝區中對影像進行非局部最大梯度點抑制和邊緣跟蹤，從而得到影像中建築物邊緣。7)使用形態學的邊界提取方法自動融合點雲面片特徵和影像邊緣特徵得到完整的建築物輪廓。首先使用形態學閉運算將屋頂面片和影像邊緣合併得到一個整體兒然後使用3X3的結構元素對J進行腐蝕得到凡再通過從J中去掉凡得到完整的建築物輪廓。8)基於道格拉斯算法對建築物輪廓進行簡化，生成建築物測繪產品。實施例2
本實施例對所述第6)步中的重疊緩衝區和非重疊緩衝區賦予不同權值，能夠輔助影像中的邊緣檢測，達到更好的檢測效果。其他部分與實施例1相同。
權利要求
1.一種雷射雷達與航空攝影結合的建築物測繪方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)使用機載雷射雷達系統採集目標區域的三維數據，得到原始點雲數據； 2)使用航空攝影系統獲取步驟I)中目標區域的影像； 3)將點雲與影像配準； 4)平滑影像，並獲取影像梯度特徵； 5)提取點雲中建築物輪廓點和鄰近非建築物點，並投影到影像空間形成建築物輪廓點緩衝區和鄰近非建築物點緩衝區；6)在建築物輪廓點緩衝區和鄰近非建築物點緩衝區的重疊緩衝區內提取建築物邊緣； 7)融合點雲面片特徵和影像邊緣特徵獲得完整的建築物輪廓； 8)對輪廓進行簡化，生成建築物測繪產品。
2.根據權利要求1所述的一種雷射雷達與航空攝影結合的建築物測繪方法，其特徵在於，所述步驟6)中對重疊緩衝區和非重疊緩衝區賦予不同權值以輔助影像中的邊緣檢測。
全文摘要
本發明公開了一種雷射雷達與航空攝影結合的建築物測繪方法。融合不同空間特徵進行建築物測繪。整個技術方案採用數據驅動的方式，無需任何規則形狀約束，能自適應不同的工作區域和任意複雜形狀的建築物，自動化程度高。能夠減輕大範圍建築物測繪工作的勞動強度，提高生產效率和成果質量。
文檔編號G01S17/89GK103076612SQ20131000424
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月7日 優先權日2013年1月7日
發明者李勇, 安如, 許捍衛, 徐佳, 何祺勝 申請人:河海大學