LiDAR点云中快速提取建筑物的方法研究

研究了从LiDAR点云数据中快速提取建筑物的方法路线。首先通过滤波去噪从点云数据中获取数字表面模型DSM,再通过地面点数据分类获取数字地面模型DTM,将DSM与DTM相减得出对应实体主要为建筑物和植被等地物的规则化nDSM。再利用激光扫描线方向X变量值与高度函数值Z的导数值来确定LiDAR点云是否为建筑物类型,基于此理论对建筑物提取参数进行设置,从而快速提取出建筑物信息。通过实验数据论证并进行成果分析,结果表明本文方法具有较高的效率和准确率。     

近景图像序列线特征约束的建筑物立面重建

针对单纯利用近景图像序列点特征进行建筑物立面重建存在的问题,该文提出一种线特征约束下建筑物建模方法。首先利用运动恢复结构技术恢复相机参数和空间点云数据,并在此基础上利用多视图立体方法生成三维稠密点云;然后对图像序列进行基于梯度方向的边缘检测及顾及方向和长度的直线特征拟合;再利用多约束条件实现直线特征匹配及提取;最后基于三维点、线特征实现建筑物立面的三维重建。实验结果表明,该方法能有效利用近景图像序列点、线特征的优势互补重建建筑物的几何立面,更好地恢复建筑物立面的轮廓信息。     

顾及局部特征的三维点云建筑物轮廓精确化提取

建筑物是城市的重要组成部分,从三维点云数据中精细化地提取建筑物特征是当前研究的热点。本文提出了一种顾及局部特征的三维点云建筑物轮廓精确化提取方法。首先,采用基于统计学的滤波预处理方法,分离地面点与非地面点,去除离群点,降低点云数量;然后,通过基于改进3D Hough变换的建筑物立面提取方法,提取点云数据的多立面,提高立面提取的精度和效率;最后,采用基于降维边界索引的点云轮廓精准提取方法,获取局部特征和外部轮廓特征。结果表明,该方法能够充分兼顾建筑物的整体外部轮廓及局部细节特征,高效准确地实现建筑物的精确化提取,为城市规划、城市更新等相关应用提供技术支持。     

倾斜摄影和激光点云技术在大比例尺测图中的应用

在传统大比例尺测图中,建筑物特征线的获取方法或精度高效率低或效率高精度低。本文通过对倾斜三维模型分析,提出了基于直线公理的建筑物特征线快速提取方法;针对高程点数据均为人工采集的现状,引入激光点云数据通过分类插值法自动生成高程特征点。研究证明,本文方法在精度与效率等方面均可取得良好效果,提高了特征线（建筑物线）、特征点（高程点）采集的自动化程度。     

GIS信息辅助的单影像立体量测

为解决数字城市建设中精细三维信息的快速获取难题 ,本文提出一种GIS信息辅助的单影像立体量测算法用于实现建筑物的三维数据获取。其思路为 :通过检校摄影机获取影像内方位元素主点坐标 (x0 ,y0 )和主距f,然后将单张影像中房屋轮廓线分为分别平行于X、Y、Z三个方向的三组特征线 ,计算各组特征线的合点 ,求取影像的三个外方位角元素A、α、κ以反推摄影姿态 ,再从二维GIS数据库中提取地面位置信息 ,结合实际距离解算模型比例因子λ ,在以上参数的基础上进行建筑物的立体量测获取建筑物的高度。针对现实建筑物的多样性 ,本文还讨论了面向复杂建筑物的量测方法。文章最后通过实验验证了该算法的可行性     

利用点云数据进行三维可视化建模技术研究

依据三维激光扫描仪的工作原理,阐述点云数据处理、数据提取与快速建模的全过程工作原理。以某一建筑物扫描为例,先获取其点云模型数据,并对点云数据采取不同的方法进行拼接处理,且对因拼接方法不同而产生的误差进行比对分析,选取出最优的拼接方法;然后对点云数据进行合并、去噪等处理;最后使用建模工具从点云数据模型中获取建筑物的各立面线划图,完成快速精准的三维可视化建模。     

单体建筑物点云数据的CSF净化处理

从场景整体点云数据中提取单体建筑物的点云是建筑物单体三维建模的基础。然而,现有点云提取方法在提取建筑物点云数据时往往包含部分植被、地面等非建筑数据点,不利于建筑物对象建模。针对该问题,本文提出使用CSF方法对初步提取的建筑物点云数据进行净化处理。该方法首先将场景点云数据投影生成点云图像,根据图像特征初步提取单体建筑物点云数据;然后对获得的单体建筑物点云数据采用CSF方法进行净化处理,可以获得较为纯净的单体建筑物点云数据。本文以南京师范大学仙林校区部分区域为研究对象对该方法进行了验证。结果表明,该方法可以较好地对建筑物点云数据进行净化,得到较为纯净的单体建筑物点云数据,为基于点云数据的建筑物单体模型构建打下了良好的基础。     

基于激光扫描仪数据的建筑物立面特征信息提取

基于激光扫描数据进行建筑物三维建模,可以采用扫描数据直接建模,配以影像纹理;也可用扫描数据提取建筑物立面的特征信息,配以单影像建模。而后者速度快,效率高,且能满足三维城市建模的一般精度要求。对于建筑物立面的激光扫描数据来说,具有数据量大,点云复杂等特点,提取建筑物特征信息具有一定难度。本文提出一种“水平点参照系”特征提取方法,这种方法运行速度快,能够减少数据量,有效剔除噪声,并得到实际应用的检验。     

基于点线特征的建筑物点云配准方法

针对建筑物表面具有明显的几何特征这一特点,提出基于点线特征的建筑物点云配准方法。首先基于点云配准基本理论,利用提取的建筑物点特征使用对偶四元数实现建筑物不同测站点云的粗配准,获取初始配准参数以及配准后的建筑物点云数据,然后将粗配准获取的参数作为待求精确参数值的初始值,利用建筑物中的线特征将共线方程作为精配准的数学模型,最后通过平差迭代获取参数的精确值,实现不同测站建筑物点云的高精度配准。实验结果表明,获取的配准后同名特征距离中误差为2.1×10^-3 m,证明了将点线特征相结合可以有效改善建筑物点云配准质量,提高建筑物点云配准的精度,对建筑物三维重建具有重要意义。     

机载激光雷达点云的城市建筑物直线特征提取方法

提出一种城市机载激光雷达点云的直线特征提取方法。首先基于曲率的区域增长方法分割三维点云平面, 对每个点云平面进行二维投影,并进行网格化和二值化。其次通过稳健的二维线段检测方法获得平面的线特征,将 二维线段重投影至三维空间得到相应的三维线段,构造线特征集。最后对线特征集构建基于固定网格的直线空间 索引方法,实现基于线特征的点云索引。实验结果表明,该方法直线提取误差较低,相对平面相交法效率更高,能够 有效提取城市建筑物的直线特征,通过索引提高了特征查询效率,可满足高精度区域分割和三维建模的需求。     

端到端堆叠沙漏网络的遥感影像建筑物轮廓重构

针对如何以端到端可训练的方式重构建筑物轮廓的问题,本文提出了一种端到端多残差模块堆叠沙漏网络的建筑物轮廓重构方法。首先,采用多残差模块堆叠沙漏网络提取建筑物角点和边缘特征;其次,利用角点检测模块匹配对应角点的相对位置,以获取候选角点;然后,通过线段采样将候选角点生成候选轮廓线;最后,线验证模块利用候选线段及多残差模块堆叠沙漏网络得到特征图,并验证每个线段是否为建筑物轮廓线,以获得建筑物轮廓重构结果。试验结果表明,在SpaceNet建筑物数据集上,本文方法能检测出建筑物角点及边缘,并有效实现了以端到端可训练的方式重构建筑物轮廓。     

Building Extraction from LIDAR Based Semantic Analysis

IntroductionThanks to a large number of applications ,suchas map updating, urban planning or land useanalysis ,extraction of artificial objects ,such asbuildings ,roads fromthei mages has been an ac-tive research field for many years . Since build-ings ar…     

利用特征显著度提取地形特征线的方法

针对现有的地形特征线提取方法不能根据特征强弱对提取结果进行方便的筛选控制的问题,提出了一种基于特征显著度的山脊和山谷线提取方法。首先,对数字高程模型数据进行高斯滤波和下采样;然后,通过全局断面扫描确定特征点,并根据高度、高度落差和坡度计算特征显著度,在进行特征延伸后构造特征图,利用最小生成树算法得到特征森林;随后进行枝干分解并计算各枝干的特征显著度,根据特征显著度进行枝干裁剪;最后,通过尾钩剔除、位置修正和平滑等后处理得到最终特征线。实验结果表明,该方法能提供给用户方便有效的手段以根据特征显著度对特征进行筛选控制,提取的特征线与实际地形相符,有良好的抗噪能力且能较好地处理平坦地形特征。     

Morse理论支持下的建筑物点云特征提取

针对传统特征提取算法的结果存在交叉紊乱、不连续、缺少拓扑关系等问题,本文提出了基于Morse理论的建筑物点云特征提取算法。首先定义三维表面模型上顶点的Morse函数指标;然后采用邻点比较法自动提取特征点;最后针对Morse-Smale复形的对偶性在建筑物拓扑特征中已无实际意义的问题,提出了单复形拓扑模型的提取与简化算法。试验结果表明,该算法能够获得清晰、连续、完整的建筑物特征线,实现对建筑物模型表面的完全分割;简化算法在保证建筑物特征线拓扑一致性的前提下,可以获取不同层次的建筑物拓扑特征,为建筑物模型的重建与可视化提供了保障。     

LiDAR数据与航空影像结合的建筑物重建

探讨了结合航空影像的LiDAR数据简单建筑物重建算法,以建筑物边界、屋顶面片的自动提取及面片邻域关系的建立,重建了简单直角建筑物模型,并利用航空影像进行了精确定位。     

基于栅格填充的直角多边形建筑物轮廓规则化方法

智慧城市建设需要以城市全面感知与三维建模作为空间基础,而建筑物轮廓的自动提取和规则化则是建筑物三维建模的关键。现有的规则化方法由于只利用了轮廓的局部信息,存在拐点位置极难准确判断且容易漏判误判,规则化之后的轮廓并非规范正交等问题。提出一种基于栅格填充的规则化方法,利用轮廓的整体信息进行规则化,并利用图像处理中的腐蚀、膨胀算法进行优化,无需定位拐点且规则化结果规范正交。实验分析,该算法对噪声点的抑制力强,规则化结果与实际轮廓相似性高,尤其适用于从激光雷达扫描点云、倾斜摄影密集匹配点云中提取的直角多边形建筑物轮廓的规则化。     

机载激光点云数据中电力线自动提取方法

提出了一种从机载激光点云数据中自动提取电力线的方法。首先利用顾及地形起伏特征的机载激光点云自动滤波方法移除地面点,利用维数特征以及方向特征自非地面点中分割获得电力线激光点云;然后对获取的电力线点采用二维霍夫变换和最小二乘拟合的方法求取每条电力线的中心线方程,根据中心线方程求取每条电力线上的激光点完成单电力线目标提取,并考虑了电力线在水平投影面内重叠时的情况;最后根据分块质心解算方法生成每条电力线上的三维节点,输出电力线矢量。采用实际线路巡检实验采集的机载激光点云数据进行实验,实验结果表明,该方法能从机载激光点云数据中提取出完整的电力线,并具有较好的鲁棒性,对电力巡线具有一定的实际意义。     

基于Hough变换的航空影像建筑物半自动提取

针对Hough变换不能检测直线段的缺点,提出了一种改进的Hough变换用于影像中矩形建筑物的半自动提取。同传统Hough变换相比,改进的Hough变换充分利用了Hough变换的参数空间数据,将Hough变换的“投票”过程和直线段的检测过程融为一体,获得直线段的端点坐标。根据直线段的端点坐标消除虚假直线段的过连接,并根据直线段的角度、距离条件合并直线段。最后通过直线段上的若干点利用最小二乘法拟合出一条最佳直线,通过计算最佳直线的交点确定建筑物的角点坐标,完成影像中建筑物的半自动提取。实验结果表明:用改进的Hough变换算法提取出的航空影像中建筑物边缘结果是正确的,定位精度较高。     

利用LiDAR点云强度的十字剖分线法道路提取

由于道路与地面在空间上表现相近,因此,仅用空间坐标无法从LiDAR数据中直接提取道路。机载激光扫描系统在获取对象三维信息的同时,也记录了激光经由反射的强度信息,因此能从空间坐标和辐射两个方面表现地物的特性。结合这两种相对独立的信息在激光扫描数据中进行道路提取,提高了提取结果的稳定性。首先利用激光扫描数据的高程滤波去除非地面点;再通过强度信息进行阈值分割得到包含干扰的初始道路区域;然后,利用两组十字剖分线检测初始区域在4个方向的狭长性与宽度一致性,使得狭长状、区域宽度较一致的道路区域同干扰区域具有不同的权值,从而提取真正的道路区域;最终通过对道路区域的细化和平滑,得到道路中心线。实验表明,该方法能够较好地在LiDAR数据中提取出道路并得到道路中心线。     

一种融合多源特征的建筑物三维模型重建方法

以激光点云数据和倾斜多视影像为研究对象,提出了一种结合机载点云、地面点云及倾斜多视纹理的融合多源特征的建筑物三维模型重建方法。该方法结合点云面元以及影像边界特征,利用倾斜影像的线特征对顶面及立面模型进行边界规则约束,实现了面元自动拓扑重建;通过交互编辑完成不同复杂程度的建筑模型重建,并对模型进行纹理映射。实验结果表明,该方法能够有效提升城市建筑物三维模型重建的效率和边界精度,为利用多源数据的空地联合建筑物三维精细重建提供了一套切实可行的解决方案。