方向自适应的星载光子计数激光测高植被冠层高度估算

星载光子计数激光测高系统具有较高的沿轨距离分辨率,能够探测得到植被冠层和地表的连续高程信息。然而星载植被点云的低点云密度和低信噪比,对植被相对冠层高度的估算方法提出了新的要求。本文提出了一种方向自适应的星载光子计数激光测高植被点云冠高估算方法。首先通过寻找点云高程统计直方图中代表冠层和地面位置的极值进行粗去噪,大致得到信号高程所在的范围,并估算出冠层,地面和噪声点云的平均密度以及地表坡度。随后对粗去噪后的点云进行方向自适应的密度聚类精去噪,其邻域的方向为地表坡度,与密度有关的阈值均根据估算出的点云密度自适应的做出调整。在滤波后,结合点云的密度和高程百分比分别找出地面与树冠顶端的初始点,并通过三角网方法(TIN)扩展初始点以进行分类,最终确定地表与树冠顶端的高程。采用ATLAS星载激光测高仪的植被点云对算法进行了验证,结果表明算法能够正确估算植被冠高,十分适用于坡度较大和叶面积指数较低的地区,其中冠顶与地面的高程和机载LIDAR数据高程的决定系数R~2分别为0.99与0.77,均方根误差RMSE为0.28 m与2.6 m。     

基于LiDAR点云的地理电磁环境建模及仿真研究

在复杂地理环境中,不规则的地形和多样化的地表覆盖物会给电波的传播造成较大的影响.针对数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）电磁建模缺少地表覆盖物信息的不足,研究了基于LiDAR点云的地理电磁环境的建模.采用数学形态学方法对格网化后的LiDAR点云数据进行处理,从点云数据中先后提取了地物、地形的信息,在此基础上,对各种地物赋予其相匹配的电磁参数,得到了更为准确的地理电磁环境的模型,并采用抛物方程模型对有真实地表覆盖物环境下的电波传播特性进行了仿真分析.相较于传统的基于DEM的电磁建模,该电磁建模方法能够获取到地形、地物的信息,更全面地考虑到地物对电波传播特性的影响,预测结果也将更加准确有效.     

一种基于曲面约束的点云数据滤波方法

针对机载LIDAR点云数据滤波问题,结合机载LIDAR点云数据的特点,引入虚拟格网技术,提出一种基于多尺度虚拟格网与曲面约束的机载LIDAR点云数据滤波方法。该方法首先根据点云密度等点云数据特点构建多尺度虚拟格网;其次基于多尺度虚拟格网分别获取一级、二级地面种子点;然后依据一级、二级地面种子点基于曲面约束进行滤波获取三级地面种子点;最后将所有地面种子点合并得到地面点集。实验方面,通过两组实验验证了该方法的可行性和适用性。     

基于点云数据分类的机载雷达地形坡度勘测

为提高变电站的三维设计效果,需勘测变电站地形坡度。提出基于点云数据分类的机载雷达地形坡度勘测方法。采用机载雷达回波扫描技术采集地形坡度勘测数据。结合像素点跟踪识别法,重构地形坡度勘测过程中三维图像。采用三维光学检测技术采样机载雷达地形坡度勘测点云数据,结合中值滤波法和平均值滤波方法,增强地形坡度点云信息分类结果,获取地形信息中的高程信息,在地理信息系统中形成等高线图,实现变电站三维地形坡度勘测和优化设计。仿真实验结果表明,所提地形坡度勘测方法的勘测准确性较高,有效提高了变电站三维空间规划能力。     

机载LiDAR点云分块插值滤波

现有机载激光雷达（LiDAR）点云滤波算法在简单地形下取得了较好的滤波效果,但普遍对陡坡地形适应性较差。为提高在不同地形下的滤波性能,提出了基于分块的多尺度表面插值滤波算法。该算法首先通过改进的区域增长分块算法将原始点云分为点云块集和散点集,然后通过构建的多尺度表面插值算法同时对点云块和散点进行分类。利用国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)提供的基准数据验证表明,该方法在15个样本中有11个样本滤波效果优于现有滤波方法,对各类地形均有较强适应性,且该方法平均总误差最小。对三种不同地形特征的高密度数据滤波实验,也验证了该方法的良好性能。     

多噪声点云数据预处理及DEM构建

甘肃天水罗玉沟是典型的黄土沟壑切沟地形,具有坡度变化剧烈、低矮植被覆盖程度高的特点。在本文中,利用Leica HDS6100型三维激光扫描仪对切沟进行初始扫描并存储点云数据,扫描精度为1mm,包含激光脚点个数为1498191,回光强度取值范围为-2048～2047,覆盖面积为14.0975m2,点云平均密度为3345.1个/m2;针对采集到的噪声点比例较大的黄土沟壑切沟点云数据,提出中值滤波、回光强度滤波、RGB滤波融合的滤波方法,利用Cyclone6.0、Matlab R2008a、Arcgis10.0等后续处理软件,较为有效地实现了去除噪声点、保留地面信息的拼接、平滑、去噪、简化方法;对预处理后的点云数据进行克里金和反距离权重两种方法的插值,建立DEM。     

恐龙谷南缘山区DIM点云的PTD滤波改进试验研究

无人机DIM点云滤波处理是地物分类、地物单体化提取和地形特征分析的关键步骤,为解决高原山区因地形复杂而导致DIM点云滤波处理难度大和精度低等问题。选择以滇中高原恐龙谷南缘山区为试验区,首先利用DJI Phantom 4 RTK采集影像数据,解算密集影像获取DIM点云;其次,考虑山体点与地面点有较大高程差,选择经典PTD滤波算法对实验区密集匹配点云进行滤波处理;最后,综合考虑实验区山顶和山脚存在较大高程差且山体两侧沟壑丛生,山体两侧地面点易被识别为非地面点,提出以脊-谷交汇地形特征点为PTD滤波算法的种子点,在山体两侧精细化构建不规则三角网的改进PTD滤波算法。结果表明：1)PTD滤波算法得到地面点较为完整保留整个实验区,但明显的地物如山体两侧低矮植被和山脚蔬菜大棚基本未被剔除,且山体部分的地面点易被识别为非地面点而在出现山体K1、K2、K3区域的空洞现象。2)针对恐龙谷南缘山区复杂地形,提出以脊-谷交汇地形特征点为PTD滤波算法的种子点,在山体两侧精细化构网,山体低矮植被部分清除,相对于PTD滤波算法蔬菜大棚大面积被清除。并且山体两侧地面点得到较为完成保留,未出现明显点云空洞的现象。     

使用显著性划分的机载激光雷达点云滤波

点云滤波是机载激光雷达点云数据处理的一个关键步骤。针对目前已有算法存在的单一方法在特定地形的点云滤波效果较好，而对于复杂或混合地形滤波效果不理想的现状，提出了一种基于点云网格地面显著性的点云滤波方法。该方法在点云以虚拟网格组织的基础上，使用扫描线高程分割的方式，计算各网格单元的地面显著性指标，依据地面显著性值对网格内的点云进行地形类别划分，对不同类别的网格单元，使用不同的滤波处理手段。该方法与其他经典方法相比，避免了迭代加密过程，在起伏区域使用曲面而非平面来代替局部地形，在不显著增加计算量的情况下，对于复杂和混合地形具有更好的适应性，能够生成可靠性较高的地面点集合。     

基于背包LiDAR点云多尺度渐进DTM构建方法

针对传统滤波方法对于背包点云数据在地形陡峭、植被覆盖广的复杂地区的滤波精度较低的问题,提出一种基于背包LiDAR点云多尺度渐进数字地面模型(DTM)构建方法。首先,利用最小二乘法由地面种子点拟合出DTM曲面,并构建出渐进式DTM;然后,通过多尺度形态学开运算进行地物点探测;最后,通过设定自适应滤波阈值函数实现地面点的提取。选取4组位于复杂地形区域的背包LiDAR点云数据进行实验分析,本文方法得到的平均总误差为7.88%;与3种传统的滤波算法(LAStools、MCC和CSF)进行滤波对比分析,本文方法在4个实验区域内的总误差均明显低于以上3种方法的滤波总误差。此外,本文方法不需要设置复杂的参数,能够根据地形的变化自适应地调整滤波阈值,具有较强的鲁棒性。     

高斯混合聚类对移动曲面拟合滤波分类的应用

为了提高激光雷达点云滤波算法的精度和自适应性,对移动曲面滤波算法进行改进。采用格网边界点构建曲面约束条件,检验格网内是否全部为建筑物点。利用区域拟合求解地形的起伏,引入机器学习中高斯混合模型(GMM)对地形起伏进行滤波分类,将移动曲面中的种子点作为聚类算法中的靶向点参与分类学习。实验数据为雷达飞行的自测区,对于自测区采用随机抽样的方式,检验判断滤波效果。同时为检验GMM算法的准确性,在三类误差检验方式的基础上,增加了Kappa系数作为检验方式。通过与谱系聚类分类算法对比,证明所提算法能取得较好的滤波效果。     

基于克里金法的开关阵列触点定位

文中将非接触电容开关阵列应用到触摸界面中,为了对电容开关阵列的触点进行更精确的定位,采用克里金插值算法进行插值,估计出非电容开关位置的一系列触点坐标的电容值,从中找出电容最大值,并确定其坐标。用MATLAB对插值算法进行仿真,并将克里金法和普通取最大值法提取的数据进行了比较,拟合导体轨迹,结果显示采用克里金法能更精确和准确地定位,并能很好地拟合轨迹。     

基于统计特征的彩色图像快速插值方法

本文首先阐述了基于统计特征的图像插值方法,该方法通过提取待插入像素所在区域的协方差矩阵和协方差向量,得出适应于边缘位置和方向的插值权重.为了把基于统计特征的图像插值方法应用于彩色图像插值领域,本文提出了以下措施以提高计算速度:仅对Y图像估计插值权重,并同时应用到R、G、B三个分量的插值;对边缘像素应用基于统计特征的图像插值方法,而对非边缘像素应用简单的双线性插值,即混合图像插值方法.这些措施提高了计算速度,并保证了图像质量.实验表明了该算法在计算速度和插值图像质量方面的有效性.     

一种可选的电离层TEC区域重构方法

电离层总电子含量(total electron content, TEC)区域重构常采用克里金空间插值方法,该方法基于电离层TEC数据的位置关系及相关性等特征,同时满足空间加权估计的无偏性和最优性特征,因此被广泛应用. 但克里金空间插值方法拟合变异函数时,传统理论变异函数模型面临函数曲线固定、空间细节变化无法反映以及模型选取人为主观等问题. 为解决上述问题,文中提出一种可选的电离层TEC区域重构方法,从TEC数据的空间变化特征出发,采用最小二乘支持向量机（least squares support vector machine, LS-SVM）拟合实验变异函数,能够更精确地刻画变异函数,反映电离层TEC空间变化趋势. 为验证本方法的准确性,选用中国陆态网地基GNSS台站三组不同时刻穿刺点垂直TEC (vertical TEC, VTEC)值作为实测数据,同时选用普通克里金空间插值方法中的指数理论变异函数模型、球状理论变异函数模型以及LS-SVM理论变异函数模型进行实验对比. 三组实验结果表明,本文方法计算的均方根误差(root mean squared error, RMSE)分别为1.54 TECU、1.76 TECU和2.45 TECU,平均绝对误差(mean absolute error, MAE)分别为1.21 TECU、1.23 TECU和1.62 TECU,误差均小于其他两种理论变异函数模型,重构效果最好,为电离层TEC区域重构提供了一种可选的思路.     

DVB-S中可变插值率CIC滤波器设计及其FPGA实现

在数字上变频中常用的CIC滤波器的基础上,提出了一种适用于DVB-S系统的可变插值率CIC滤波器的实现结构,首先实现一个内插因子为2的CIC滤波器单元,然后根据不同的内插因子要求,来重复地调用这些内插因子为2的基本滤波器模块,这种CIC滤波器的实现结构符合结构化的设计思想。通过Verilog HDL语言在FPGA上对其进行了仿真、综合给出了相应的仿真结果,并成功应用于DVB-S系统中。     

Interpolative Picture Coding Using a Subjective Criterion

Interpolative picture coding refers to sending coded information about a few picture elements separated in space and interpolating all the rest of the picture elements. In this paper we consider sending coded information about picture elements separated by as large a distance as possible along a scan line. We study the effects of a few twodimensional interpolation strategies and evaluate the usefulness of several different error criteria required to judge the faithfulness of the interpolated signal. The error criteria are motivated by our knowledge of pictorial information processing in the human visual system. Based on the picture quality and entropy of the coded output as the criterion for judging the coding schemes, we find that error measures in which the interpolation error is filtered adaptively and compared to a varying threshold perform the best. The filter is adapted based on the spatial activity of the signal: high-bandwidth filter for low activity areas and low-bandwidth filter for high activity areas. The variation in threshold is based on the spatial masking of the interpolation error and has a high value in high activity areas and a low value in low activity areas. Our computer simulations indicate that, for head-and-head-and-shoulders-type pictures, it is possble, without affecting the picture quality, to reduce the entropy of the coded output by as much as 40 percent over that obtainable from previous element differential pulse code modulation (DPCM) system.     

基于小波的双线性插值误差补偿算法的图像放大

为了尽可能地保持低分辨率图像的基本信息,提高图像的视觉效果和空间分辨率,本文提出一种基于小波的双线性插值误差补偿算法。该算法增加双线性插值的误差补偿项,利用Sobel算子设定插值点的边缘方向,得到初始放大图像。利用小波提取高频成分,原始图像幅值增强充当低频部分,再经过小波逆变换得到高分辨率图像。实验结果表明,相对于传统的图像放大算法,该算法考虑到全局相关性,得到更加清晰的边缘信息。     

Improved RSS Data Generation Method Based on Kriging Interpolation Algorithm

The traditional method of constructing RSS fingerprint database costs a large amount of time and human resource due to adopting the point-by-point method to sample RSS value, and consequently the positioning method based on RSS fingerprint model is difficult to be widely applied. In this paper, a RSS data generation method is proposed based on Kriging spatial interpolation algorithm. The proposed method firstly selects the model of variogram according to the properties of field, and subsequently solves the variogram by using the observation points with the restriction of unbiased estimation and minimum estimation variance, finally calculates RSS data for the estimation points. The experimental results show that the proposed method accurately acquires the RSS data of estimation points while the required reference points are much less than that of conventional point-by-point method.

     

三次样条在卫星轨道预报插值法中的应用

在遥感遥测卫星数据接收处理系统中,通常要预先加载引导数据用于引导伺服跟踪卫星。当伺服实际需要的角度引导数据率高于已有的引导数据率时,需要用插值的方法得到引导数据。常用的插值方法有拉格朗日插值法、牛顿插值法、平均插值法等。在卫星轨道较低的情况下,上述插值法得到的引导数据表现较好,但对于高仰角轨道卫星,引导数据使用上述插值法可能会出现加速度突变,并超出伺服性能跟踪的问题。为此,文中引入了一种基于三次样条函数的引导数据插值方法,并证明该方法计算的引导数据不但平滑,而且加速度变化稳定。     

Optimal temporal interpolation filter for motion-compensated frame rate up conversion.

Frame rate up conversion (FRUC) methods that employ motion have been proven to provide better image quality compared to nonmotion-based methods. While motion-based methods improve the quality of interpolation, artifacts are introduced in the presence of incorrect motion vectors. In this paper, we study the design problem of optimal temporal interpolation filter for motion-compensated FRUC (MC-FRUC). The optimal filter is obtained by minimizing the prediction error variance between the original frame and the interpolated frame. In FRUC applications, the original frame that is skipped is not available at the decoder, so models for the power spectral density of the original signal and prediction error are used to formulate the problem. The closed-form solution for the filter is obtained by Lagrange multipliers and statistical motion vector error modeling. The effect of motion vector errors on resulting optimal filters and prediction error is analyzed. The performance of the optimal filter is compared to nonadaptive temporal averaging filters by using two different motion vector reliability measures. The results confirm that to improve the quality of temporal interpolation in MC, the interpolation filter should be designed based on the reliability of motion vectors and the statistics of the MC prediction error.