基于随机森林的光子计数激光雷达点云滤波

新一代星载激光雷达卫星ICESat-2首次采用了微脉冲光子计数激光雷达技术,由于单光子探测的灵敏性导致数据在大气和地表下层产生了大量噪声,因此对光子计数激光雷达点云数据实现信号和噪声的分离是开展进一步应用研究的前提和基础。本文选择美国俄勒冈州和弗吉尼亚州2个研究区,采用MATLAS数据,根据光子点云数据的特点构造了12个光子点云特征,对所构造的特征利用随机森林进行变量筛选,用机器学习方法对光子点云进行分类,并将建立好的模型推广到整个研究区。研究结果表明,本文构建的分类器分类总精度达到了96.79%,Kappa系数为0.94,平均生产者精度和用户精度分别为97.1%和96.8%。在相对弱噪声、平坦地形区域和强噪声、复杂地形区域都取得较好的分类结果。本文结果显示了基于少量样本通过机器学习的方法构建模型,可以推广到较大范围区域的光子点云分类应用中。     

基于最小二乘拟合模型和PCA变换的影像融合

针对传统的PCA变换融合法,利用高空间分辨率影像与多光谱影像的线性相关特性,提出了一种基于最小二乘模型和PCA变换的影像融合方法,采用偏差指数、相关系数和信息熵三个指标,对融合结果进行了定量评价。试验结果表明,在提高了多光谱影像空间分辨率的同时,更好地保留了多光谱影像的光谱信息。     

地基激光雷达森林近地面点云精细分类与倒木提取

本文利用地基激光雷达实现天然林区近地面点云数据的精细分类和倒木提取。对大兴安岭天然林区的3个倒木样地进行了近地面1.3 m以内点云精细分类和倒木信息提取。为避免点云密度差异和遮挡的形态特征,点云分类时基于自适应临近搜索法计算团块协方差特征值构造3D和2D特征。使用k临近递增的团块协方差特征值得到的线性特征、面状特征和发散状特征构造最大熵函数,用最大熵函数取得最大值时的临近点云计算特征参数,根据递归特征排除法(RFE)筛选重要变量进行随机森林分类。利用自适应kNN特征得到3块研究样地(A、B、C)的分类总体精度分别为93.17%、94.52%、95.16%;固定k临近搜索时,总体精度分别为92.65%、89.09%、92.99%,表明自适应kNN搜索方法使分类精度有一定提高。提取倒木点云去噪处理后进行随机抽样一致圆柱拟合,根据轴线方向进行圆柱的筛选与合并,实现倒木的识别,样地倒木识别率为100%。     

生成式知识迁移的SAR舰船检测

为解决基于深度卷积神经网络进行SAR舰船检测网络训练过程中数据获取、数据标注等问题,本文提出一种生成式知识迁移的SAR舰船检测框架,该框架由生成式知识迁移网络和舰船检测网络两部分组成。通过知识迁移网络生成与有标注的光学遥感图像空间分布一致且包含SAR图像特征的带标注模拟图像;使用所生成的带标注模拟图像,进一步优化舰船检测网络,以提高基于深度卷积神经网络的舰船检测的泛化性能。SARShip-Detection-Datasets (SSDD)和AIR-SARShip-1.0两个公开数据集上的实验结果表明,该框架有效提高了在仅包含少量标注SAR图像样本情况下的舰船目标检测效果,可显著降低舰船在复杂背景图像中漏检和误检的概率。     

全波形机载激光雷达绝对辐射定标与不确定性分析

为揭示全波形激光雷达回波在森林等植被区域多回波信号的特征和对目标识别分类的影响，以激光雷达方程为模型基础，利用朗伯体目标为地面参考，提出了将激光雷达波形参数标定为后向散射截面、后向散射系数和漫反射率等物理量的方法，实现了机载小光斑全波形机载激光雷达数据绝对辐射定标。对两个不同实验区的LMS-Q680i数据标定结果表明，漫反射率与参考反射率相对误差总体分别小于10%和5.5%，误差标准差分别为0.044和0.077，有效消除了条带间差异。推导了多回波的激光雷达方程组，比较了相同系统在不同观测条件下的定标常数变化，重点分析了全波形激光雷达在穿透性目标上的多回波现象造成的能量衰减，及其对辐射定标结果的影响，证明了多回波现象是造成多回波信号减弱的主要原因。该现象是当前技术体制下激光雷达观测过程本身存在的缺陷，对基于激光雷达辐射信息的目标识别分类带来了一定的挑战，也是多光谱、高光谱激光雷达辐射信号定标必须解决的问题。     

机载激光雷达全波形数据与系统点云差异的定量分析

目前常用的小光斑机载LiDAR波形数据与系统点云数据的来源相关性较大,波形数据的优势难以严格定量地评价和比较。LeicaALS60机载LiDAR系统记录的全波形数据与点云数据相对独立,点云数据来自硬件系统脉冲探测方法,而波形数据是未加处理的原始回波序列。本文对原始波形数据进行分解获取发射脉冲的全部回波,与系统探测点云进行了定量对比,并选取典型林区和城区数据,得到波形在两种地物类型中垂直信息获取能力的定量表征参数。结果表明,波形数据对不同地物类型均能丰富垂直结构信息和提高点云垂直分辨率,且这种提高在林区表现优于城区人工建筑和裸地;激光对树木冠层的穿透能力更明显地表现在回波波形信息中,相较于传统点云激光雷达,全波形LiDAR在森林垂直参数获取方面潜力更大。