專(zhuān)利名稱(chēng)：從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中
提取感興趣建筑物的方法。
背景技術(shù)：
建筑物是城市中最重要的研究對(duì)象，許多實(shí)際應(yīng)用都與建筑物有關(guān)，比如城市規(guī) 劃、公共安全研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)研究、無(wú)線通訊、災(zāi)害評(píng)估等。建筑物的檢測(cè)、提取與重建也是 攝影測(cè)量、遙感等領(lǐng)域的主要研究課題之一。盡管攝影測(cè)量方法仍然是目前提取大規(guī)模城 區(qū)建筑的有效手段，但基于影像的提取還存在許多困難，影像的噪聲、光照條件、陰影、遮擋 以及場(chǎng)景的復(fù)雜性使得建筑物的檢測(cè)變得相當(dāng)復(fù)雜。主動(dòng)傳感器，比如機(jī)載LiDAR獲得的 城區(qū)數(shù)據(jù)不受光照、陰影的影響，并可直接獲取對(duì)象的高度信息，為建筑物重建提供了理想 的數(shù)據(jù)源。 激光探測(cè)及測(cè)距(Light Detection and Ranging, LiDAR)技術(shù)，也稱(chēng)激光掃描 (Laser Scanning)技術(shù)，因其具有快速、準(zhǔn)確地獲取激光所到達(dá)對(duì)象表面的信息的特點(diǎn)，近 年來(lái)已成為獲取大規(guī)模3D地貌的重要工具。LiDAR數(shù)據(jù)的獲取周期短、自動(dòng)化程度高，然 而，現(xiàn)有的大多數(shù)LiDAR點(diǎn)云處理算法在實(shí)踐中用于質(zhì)量控制及手工操作的時(shí)間在整個(gè)數(shù) 據(jù)處理時(shí)間中占據(jù)了相當(dāng)大的比例。因此，設(shè)計(jì)自動(dòng)、高效、穩(wěn)健的LiDAR點(diǎn)云分類(lèi)與目標(biāo) 提取算法具有重要的研究?jī)r(jià)值。 建筑物的邊緣輪廓線是建筑物模型的重要特征，它可直接用于建筑物提取、構(gòu)建 建筑物的多邊形模型，也可用于輔助從航空影像中提取準(zhǔn)確的建筑物邊緣。在提取建筑物 邊緣之前，需要將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波分類(lèi)，即先確定建筑物所在區(qū)域，這樣可提高后續(xù) 處理速度以獲得更好的效果。 Vosselman對(duì)原始LiDAR點(diǎn)云描述的建筑物區(qū)域進(jìn)行三角化，將其邊界上的三角 形的邊構(gòu)成的多邊形作為建筑物輪廓的初始描述。該算法假設(shè)建筑物輪廓是由直線段組 成，且有一個(gè)主方向，這些直線段或平行或垂直于建筑物主方向，從而得到建筑物輪廓的求 精逼近。Huber將2D影像中提取并求精的邊緣線投影到已檢測(cè)到的建筑物區(qū)域，然后對(duì)每 一幢建筑物進(jìn)行邊緣聚類(lèi)，從而得到建筑物的輪廓信息。賴旭東將機(jī)載激光雷達(dá)的距離數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成距離灰度圖像，運(yùn)用經(jīng)典邊緣檢測(cè)算子對(duì)其進(jìn)行處理。蔣晶玨直接從原始LiDAR 點(diǎn)云中提取邊緣線，將離散的空間3D點(diǎn)連接起來(lái)，利用最小生成樹(shù)從建筑物邊緣點(diǎn)生成以 折線段的形式來(lái)描述的建筑物輪廓矢量。

發(fā)明內(nèi)容
( — )要解決的技術(shù)問(wèn)題 有鑒于此，針對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)測(cè)量精度高、可直接提供目標(biāo)三維坐標(biāo)的特點(diǎn)，本發(fā)明的 主要目的在于提供一種直接從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，以從三維激 光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中自動(dòng)、高效地提取出建筑物，方便用戶快速查找到感興趣的目標(biāo)，并為后續(xù)的建筑物重建做準(zhǔn)備。
( 二 )技術(shù)方案 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 —種從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，該方法包括
從濾波后的非地面點(diǎn)中確定建筑物候選點(diǎn)； 以點(diǎn)間距離為約束對(duì)確定的候選點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，完成單個(gè)建筑物目標(biāo)的分割；
分別提取每個(gè)建筑物目標(biāo)的邊緣點(diǎn)； 對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行規(guī)則化，記錄目標(biāo)信息制成目標(biāo)查找表；以及
從目標(biāo)查找表中搜索出所有符合用戶感興趣目標(biāo)特點(diǎn)的對(duì)象，提供給用戶。
上述方案中，所述從濾波后的非地面點(diǎn)中確定建筑物候選點(diǎn)的步驟中，是將符合 以下條件的點(diǎn)確定為候選點(diǎn) 1)、離地面距離符合建筑物特點(diǎn)的點(diǎn)；以及 2)、為去除非建筑物點(diǎn)的干擾，對(duì)基于點(diǎn)云高度值生成的深度圖像進(jìn)行高程紋理 值分析，紋理值相對(duì)較低或者屬于小塊的紋理值突出區(qū)域的點(diǎn)。 上述方案中，所述以點(diǎn)間距離為約束對(duì)確定的候選點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，完成單個(gè)建筑物 目標(biāo)的分割的步驟，具體包括 利用kd樹(shù)組織點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以點(diǎn)間距離為約束，對(duì)確定的候選點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，完成單
個(gè)建筑物目標(biāo)的分割；該聚類(lèi)及分割過(guò)程具體如下 a)、使用基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則分裂平面建立的kd樹(shù)組織點(diǎn)云數(shù)據(jù)； b)、從候選點(diǎn)集中隨機(jī)取出一點(diǎn)p，放入一個(gè)新的點(diǎn)集，并將該點(diǎn)集標(biāo)記為A ; c)、搜索距點(diǎn)p符合距離約束的鄰域點(diǎn)，將其從候選點(diǎn)集中取出并放入點(diǎn)集A中； d)、對(duì)點(diǎn)集A中新出現(xiàn)的點(diǎn)，在候選點(diǎn)集中逐一搜索符合距離約束的鄰域點(diǎn)，將搜
索出的點(diǎn)都放入點(diǎn)集A中； e)、重復(fù)步驟d)直到點(diǎn)集A中沒(méi)有新的點(diǎn)出現(xiàn)； f)、如果點(diǎn)集A中點(diǎn)的個(gè)數(shù)超過(guò)閾值，則將點(diǎn)集A記為一類(lèi)，否則直接將這些點(diǎn)從 候選點(diǎn)集中刪除；以及 g)、重復(fù)步驟b)至步驟f)，直到候選點(diǎn)集為空。 上述方案中，所述分別提取每個(gè)建筑物目標(biāo)的邊緣點(diǎn)的步驟，具體包括 1、初步識(shí)別出邊緣點(diǎn)并加入邊緣點(diǎn)集，識(shí)別準(zhǔn)則為當(dāng)點(diǎn)p位于邊緣處時(shí)，其k近
鄰點(diǎn)的覆蓋范圍小于點(diǎn)P周?chē)话氲膮^(qū)域，則可據(jù)此判斷點(diǎn)P是否為邊緣點(diǎn)；以及 n、如果識(shí)別出的邊緣點(diǎn)與其局部水平鄰域內(nèi)最低點(diǎn)的高程值沒(méi)有明顯的階躍變
化，則將該點(diǎn)從邊緣點(diǎn)集中刪除。 鑒于高層建筑側(cè)面上的掃描點(diǎn)會(huì)極大地影響邊緣點(diǎn)提取的效果，進(jìn)一步采用以下 的步驟來(lái)優(yōu)化提取對(duì)于對(duì)象中的每個(gè)點(diǎn)，以該點(diǎn)為中心做一個(gè)圓柱，圓柱底面的半徑取該 點(diǎn)到最鄰近點(diǎn)的距離，圓柱的高可根據(jù)點(diǎn)云密度的大小適當(dāng)選取；然后根據(jù)"相對(duì)于屋頂面 上的點(diǎn)來(lái)說(shuō)，側(cè)面點(diǎn)的圓柱內(nèi)會(huì)存在更多的點(diǎn)"這個(gè)特點(diǎn)，區(qū)分側(cè)面點(diǎn)和屋頂面點(diǎn)；但是這 將會(huì)把側(cè)面和屋頂面交線上的點(diǎn)認(rèn)為是側(cè)面點(diǎn)，所以提取過(guò)程中需要完成以下處理步驟 i)、將經(jīng)過(guò)步驟I和步驟II得到的點(diǎn)集標(biāo)記為A ;ii)、用上述方法分離出屋頂點(diǎn)和側(cè)面點(diǎn)， 分別對(duì)此屋頂點(diǎn)和側(cè)面點(diǎn)進(jìn)行步驟I和步驟II邊緣點(diǎn)識(shí)別，得到標(biāo)記為A2和A3的點(diǎn)集；以及iii)根據(jù)(A n A2) U (A3-A》完成邊緣點(diǎn)的優(yōu)化提取。 上述方案中，所述對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行規(guī)則化，記錄目標(biāo)信息制成目標(biāo) 查找表的步驟，具體包括 對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行線段化；
對(duì)得到的線段進(jìn)行調(diào)整及組合； 完成線段的調(diào)整及組合后，如果該對(duì)象輪廓中存在弧形，則進(jìn)行弧形的擬合；以及
輸出對(duì)象特征。
上述方案中，所述對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行線段化的步驟，具體包括
a)、在邊緣點(diǎn)集中隨機(jī)選取兩點(diǎn)，形成一條線段； b)、計(jì)算其他點(diǎn)到該線段所在直線的距離，如果小于一定閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)在線段 上； c)、依次計(jì)算線段上的點(diǎn)間距，如果間距超過(guò)一定閾值，則將間距處得到的線段分 割為兩段； d)、如果步驟c)得到的線段上的點(diǎn)足夠多，則根據(jù)線段上所有的點(diǎn)擬合成新的線 段方程并保存，同時(shí)從邊緣點(diǎn)集中刪除這些點(diǎn)，否則，執(zhí)行步驟(e);以及
e)、對(duì)余下的點(diǎn)重復(fù)執(zhí)行步驟a)至步驟d)，直到找不到符合條件的線段為止。
上述方案中，所述對(duì)得到的線段進(jìn)行調(diào)整及組合的步驟，具體包括假設(shè)直線可表 示為AiX+BiY+C = O，其中Ai Ai+Bi Bi = 1 ;兩條直線之間的夾角a取值為[O，pi]，可由兩 個(gè)公式確定i)Ai Aj+Bi Bj = cos a ;ii)Ai BrBi A」=sin a ;并取一個(gè)角度閾值P ，如果 兩條相鄰線段的夾角與90度差在± 13度以內(nèi)，則認(rèn)為垂直；如果與0度或180度差在± 13 度以內(nèi)，則認(rèn)為重合； 所述完成線段的調(diào)整及組合后，如果該對(duì)象輪廓中存在弧形，則進(jìn)行弧形的擬合 的步驟，具體包括對(duì)剩余的點(diǎn)進(jìn)行距離聚類(lèi)，得出存在幾段??；對(duì)于每個(gè)弧段，將相鄰的 點(diǎn)依次連接起來(lái)，從起始到結(jié)束得到一組點(diǎn)的序列，用最小二乘圓或者三次樣條方法擬合 成平滑的弧線； 所述輸出對(duì)象特征的步驟，具體包括完成上述規(guī)則化過(guò)程后，得到的對(duì)象特征包 括頂面邊長(zhǎng)數(shù)、各邊長(zhǎng)長(zhǎng)度、各邊長(zhǎng)間夾角，以及邊緣存在幾條弧形，將這些特征和對(duì)象的 位置、高度一并記錄，制成目標(biāo)查找表用于后續(xù)感興趣目標(biāo)查找。 上述方案中，所述從目標(biāo)查找表列出所有符合用戶感興趣目標(biāo)特點(diǎn)的對(duì)象，提供 給用戶的步驟，具體包括根據(jù)用戶感興趣目標(biāo)的特點(diǎn)，從目標(biāo)查找表中進(jìn)行查詢，列出所 有符合條件的對(duì)象，提供給用戶。
(三)有益效果 1、本發(fā)明提供的這種直接從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，基于
濾波后的建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)，直接對(duì)利用kd樹(shù)組織的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)分割、邊緣點(diǎn)提
取、邊緣規(guī)則化，并提供提取出的建筑物特征信息，供用戶快速查找感興趣目標(biāo)。 2、本發(fā)明提供的這種直接從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，不存
在點(diǎn)云插值誤差，不受建筑物的大小或形狀的影響，可以生成與原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)緊密吻合的、
規(guī)則化后的邊緣輪廓線，為感興趣建筑物目標(biāo)的提取、建筑物模型的重建提供相關(guān)信息。 3、本發(fā)明提供的這種直接從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，使用kd樹(shù)來(lái)組織點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在處理大規(guī)模點(diǎn)云時(shí)仍然能夠保持較快的處理速度。 4、本發(fā)明提供的這種直接從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，直接
從三維點(diǎn)云中提取出邊緣點(diǎn)，得到與原始點(diǎn)云緊密吻合的輪廓信息，對(duì)數(shù)據(jù)中存在航帶重
疊或者大量側(cè)面點(diǎn)的情況仍然適用。 5、本發(fā)明提供的這種直接從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，僅使 用點(diǎn)云數(shù)據(jù)就能快速搜索到感興趣建筑物目標(biāo)，可提供給用戶包括頂面邊長(zhǎng)數(shù)、各邊長(zhǎng)長(zhǎng) 度、各邊長(zhǎng)間夾角，邊緣存在幾條弧形，以及對(duì)象的位置、高度等目標(biāo)特征。


圖1是本發(fā)明提供的從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方 法流程圖，該方法包括 步驟101 :從濾波后的非地面點(diǎn)中確定建筑物候選點(diǎn)； 步驟102 :以點(diǎn)間距離為約束對(duì)確定的候選點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，完成單個(gè)建筑物目標(biāo)的 分割； 步驟103 :分別提取每個(gè)建筑物目標(biāo)的邊緣點(diǎn)； 步驟104 :對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行規(guī)則化，記錄目標(biāo)信息制成目標(biāo)查找表； 以及 步驟105 :從目標(biāo)查找表中搜索出所有符合用戶感興趣目標(biāo)特點(diǎn)的對(duì)象，提供給 用戶。 上述步驟101中所述從濾波后的非地面點(diǎn)中確定建筑物候選點(diǎn)，是將符合以下條 件的點(diǎn)確定為候選點(diǎn) 1)、離地面距離符合建筑物特點(diǎn)的點(diǎn)；以及 2)、為去除非建筑物點(diǎn)的干擾，對(duì)基于點(diǎn)云高度值生成的深度圖像進(jìn)行高程紋理 值分析，紋理值相對(duì)較低或者屬于小塊的紋理值突出區(qū)域的點(diǎn)。 上述步驟102中所述以點(diǎn)間距離為約束對(duì)確定的候選點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，完成單個(gè)建筑 物目標(biāo)的分割，具體包括 利用kd樹(shù)組織點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以點(diǎn)間距離為約束，對(duì)確定的候選點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，完成單
個(gè)建筑物目標(biāo)的分割。該聚類(lèi)及分割過(guò)程具體如下 a)、使用基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則分裂平面建立的kd樹(shù)組織點(diǎn)云數(shù)據(jù)； b)、從候選點(diǎn)集中隨機(jī)取出一點(diǎn)p，放入一個(gè)新的點(diǎn)集，并將該點(diǎn)集標(biāo)記為A ; c)、搜索距點(diǎn)p符合距離約束的鄰域點(diǎn)，將其從候選點(diǎn)集中取出并放入點(diǎn)集A中； d)、對(duì)點(diǎn)集A中新出現(xiàn)的點(diǎn)，在候選點(diǎn)集中逐一搜索符合距離約束的鄰域點(diǎn)，將搜
索出的點(diǎn)都放入點(diǎn)集A中； e)、重復(fù)步驟d)直到點(diǎn)集A中沒(méi)有新的點(diǎn)出現(xiàn)；
f)、如果點(diǎn)集A中點(diǎn)的個(gè)數(shù)超過(guò)閾值，則將點(diǎn)集A記為一類(lèi)，否則直接將這些點(diǎn)從 候選點(diǎn)集中刪除；以及 g)、重復(fù)步驟b)至步驟f)，直到候選點(diǎn)集為空。 上述步驟103中所述分別提取每個(gè)建筑物目標(biāo)的邊緣點(diǎn)，具體包括 1、初步識(shí)別出邊緣點(diǎn)并加入邊緣點(diǎn)集，識(shí)別準(zhǔn)則為當(dāng)點(diǎn)p位于邊緣處時(shí)，其k近
鄰點(diǎn)的覆蓋范圍小于點(diǎn)P周?chē)话氲膮^(qū)域，則可據(jù)此判斷點(diǎn)P是否為邊緣點(diǎn)；以及 n、如果識(shí)別出的邊緣點(diǎn)與其局部水平鄰域內(nèi)最低點(diǎn)的高程值沒(méi)有明顯的階躍變
化，則將該點(diǎn)從邊緣點(diǎn)集中刪除。 鑒于高層建筑側(cè)面上的掃描點(diǎn)會(huì)極大地影響邊緣點(diǎn)提取的效果，該方法可以進(jìn)一
步采用以下的步驟來(lái)優(yōu)化提取。對(duì)于對(duì)象中的每個(gè)點(diǎn)，以該點(diǎn)為中心做一個(gè)圓柱，圓柱底面
的半徑取該點(diǎn)到最鄰近點(diǎn)的距離，圓柱的高可根據(jù)點(diǎn)云密度的大小適當(dāng)選??；然后根據(jù)"相
對(duì)于屋頂面上的點(diǎn)來(lái)說(shuō)，側(cè)面點(diǎn)的圓柱內(nèi)會(huì)存在更多的點(diǎn)"這個(gè)特點(diǎn)，區(qū)分側(cè)面點(diǎn)和屋頂面
點(diǎn)，但是這將會(huì)把側(cè)面和屋頂面交線上的點(diǎn)認(rèn)為是側(cè)面點(diǎn)，所以提取過(guò)程中需要完成以下
處理步驟i)、將經(jīng)過(guò)步驟I和步驟II得到的點(diǎn)集標(biāo)記為A ;ii)、用上述方法分離出屋頂
點(diǎn)和側(cè)面點(diǎn)，分別對(duì)此屋頂點(diǎn)和側(cè)面點(diǎn)進(jìn)行步驟I和步驟II邊緣點(diǎn)識(shí)別，得到標(biāo)記為A2和
A3的點(diǎn)集；以及iii)根據(jù)n A2) U (A3_A》完成邊緣點(diǎn)的優(yōu)化提取。 上述步驟104中所述對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行規(guī)則化，記錄目標(biāo)信息制成目
標(biāo)查找表，具體包括 步驟1041 :對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行線段化；具體包括
a)、在邊緣點(diǎn)集中隨機(jī)選取兩點(diǎn)，形成一條線段； b)、計(jì)算其他點(diǎn)到該線段所在直線的距離，如果小于一定閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)在線段 上； c)、依次計(jì)算線段上的點(diǎn)間距，如果間距超過(guò)一定閾值，則將間距處得到的線段分 割為兩段； d)、如果步驟c)得到的線段上的點(diǎn)足夠多，則根據(jù)線段上所有的點(diǎn)擬合成新的線 段方程并保存，同時(shí)從邊緣點(diǎn)集中刪除這些點(diǎn)，否則，執(zhí)行步驟(e);以及
e)、對(duì)余下的點(diǎn)重復(fù)執(zhí)行步驟a)至步驟d)，直到找不到符合條件的線段為止。
步驟1042:對(duì)得到的線段進(jìn)行調(diào)整及組合；具體包括假設(shè)直線可表示為 AiX+BJ+C = O，其中Ai Ai+Bi Bi = 1 ;兩條直線之間的夾角a取值為
，可由兩個(gè)公 式確定i)AiAj+Bi Bj = C0Sa ;ii)Ai Bj-BiAj二sina ;并取一個(gè)角度閾值P ，如果兩條相 鄰線段的夾角與90度差在±13度以內(nèi)，則認(rèn)為垂直；如果與O度或180度差在±13度以 內(nèi)，則認(rèn)為重合。 步驟1043 :完成線段的調(diào)整及組合后，如果該對(duì)象輪廓中存在弧形，則進(jìn)行弧形 的擬合；具體包括對(duì)剩余的點(diǎn)進(jìn)行距離聚類(lèi)，得出存在幾段?。粚?duì)于每個(gè)弧段，將相鄰的 點(diǎn)依次連接起來(lái)，從起始到結(jié)束得到一組點(diǎn)的序列，用最小二乘圓或者三次樣條方法擬合 成平滑的弧線。 步驟1044 :輸出對(duì)象特征；具體包括完成上述規(guī)則化過(guò)程后，得到的對(duì)象特征包 括頂面邊長(zhǎng)數(shù)、各邊長(zhǎng)長(zhǎng)度、各邊長(zhǎng)間夾角，以及邊緣存在幾條弧形，將這些特征和對(duì)象的 位置、高度一并記錄，制成目標(biāo)查找表用于后續(xù)感興趣目標(biāo)查找。
上述步驟105中所述從目標(biāo)查找表中搜索出所有符合用戶感興趣目標(biāo)特點(diǎn)的對(duì)象，提供給用戶，具體包括根據(jù)用戶感興趣目標(biāo)的特點(diǎn)，從目標(biāo)查找表中進(jìn)行查詢，列出所有符合條件的對(duì)象，提供給用戶。 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，其特征在于，該方法包括從濾波后的非地面點(diǎn)中確定建筑物候選點(diǎn)；以點(diǎn)間距離為約束對(duì)確定的候選點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，完成單個(gè)建筑物目標(biāo)的分割；分別提取每個(gè)建筑物目標(biāo)的邊緣點(diǎn)；對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行規(guī)則化，記錄目標(biāo)信息制成目標(biāo)查找表；以及從目標(biāo)查找表中搜索出所有符合用戶感興趣目標(biāo)特點(diǎn)的對(duì)象，提供給用戶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，其特征在于，所述從濾波后的非地面點(diǎn)中確定建筑物候選點(diǎn)的步驟中，是將符合以下條件的點(diǎn)確定為候選點(diǎn)1) 、離地面距離符合建筑物特點(diǎn)的點(diǎn)；以及2) 、為去除非建筑物點(diǎn)的干擾，對(duì)基于點(diǎn)云高度值生成的深度圖像進(jìn)行高程紋理值分析，紋理值相對(duì)較低或者屬于小塊的紋理值突出區(qū)域的點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，其特征在于，所述以點(diǎn)間距離為約束對(duì)確定的候選點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，完成單個(gè)建筑物目標(biāo)的分割的步驟，具體包括利用kd樹(shù)組織點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以點(diǎn)間距離為約束，對(duì)確定的候選點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，完成單個(gè)建筑物目標(biāo)的分割；該聚類(lèi)及分割過(guò)程具體如下a) 、使用基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則分裂平面建立的kd樹(shù)組織點(diǎn)云數(shù)據(jù)；b) 、從候選點(diǎn)集中隨機(jī)取出一點(diǎn)P，放入一個(gè)新的點(diǎn)集，并將該點(diǎn)集標(biāo)記為A ;C)、搜索距點(diǎn)P符合距離約束的鄰域點(diǎn)，將其從候選點(diǎn)集中取出并放入點(diǎn)集A中；d) 、對(duì)點(diǎn)集A中新出現(xiàn)的點(diǎn)，在候選點(diǎn)集中逐一搜索符合距離約束的鄰域點(diǎn)，將搜索出的點(diǎn)都放入點(diǎn)集A中；e) 、重復(fù)步驟d)直到點(diǎn)集A中沒(méi)有新的點(diǎn)出現(xiàn)；f) 、如果點(diǎn)集A中點(diǎn)的個(gè)數(shù)超過(guò)閾值，則將點(diǎn)集A記為一類(lèi)，否則直接將這些點(diǎn)從候選點(diǎn)集中刪除；以及g) 、重復(fù)步驟b)至步驟f)，直到候選點(diǎn)集為空。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，其特征在于，所述分別提取每個(gè)建筑物目標(biāo)的邊緣點(diǎn)的步驟，具體包括1、初步識(shí)別出邊緣點(diǎn)并加入邊緣點(diǎn)集，識(shí)別準(zhǔn)則為當(dāng)點(diǎn)P位于邊緣處時(shí)，其k近鄰點(diǎn)的覆蓋范圍小于點(diǎn)P周?chē)话氲膮^(qū)域，則可據(jù)此判斷點(diǎn)P是否為邊緣點(diǎn)；以及n、如果識(shí)別出的邊緣點(diǎn)與其局部水平鄰域內(nèi)最低點(diǎn)的高程值沒(méi)有明顯的階躍變化，則將該點(diǎn)從邊緣點(diǎn)集中刪除。
5. 根據(jù)權(quán)利 求4所述的從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，其特征在于，鑒于高層建筑側(cè)面上的掃描點(diǎn)會(huì)極大地影響邊緣點(diǎn)提取的效果，該方法進(jìn)一步采用以下的步驟來(lái)優(yōu)化提取對(duì)于對(duì)象中的每個(gè)點(diǎn)，以該點(diǎn)為中心做一個(gè)圓柱，圓柱底面的半徑取該點(diǎn)到最鄰近點(diǎn)的距離，圓柱的高可根據(jù)點(diǎn)云密度的大小適當(dāng)選取；然后根據(jù)"相對(duì)于屋頂面上的點(diǎn)來(lái)說(shuō)，側(cè)面點(diǎn)的圓柱內(nèi)會(huì)存在更多的點(diǎn)"這個(gè)特點(diǎn)，區(qū)分側(cè)面點(diǎn)和屋頂面點(diǎn)；但是這將會(huì)把側(cè)面和屋頂面交線上的點(diǎn)認(rèn)為是側(cè)面點(diǎn)，所以提取過(guò)程中需要完成以下處理步驟i)、將經(jīng)過(guò)步驟I和步驟II得到的點(diǎn)集標(biāo)記為& ;ii)、用上述方法分離出屋頂點(diǎn)和側(cè)面點(diǎn)，分別對(duì)此屋頂點(diǎn)和側(cè)面點(diǎn)進(jìn)行步驟I和步驟II邊緣點(diǎn)識(shí)別，得到標(biāo)記為A2和A3的點(diǎn)集；以及iii)根據(jù)n A2) U (A3-A》完成邊緣點(diǎn)的優(yōu)化提取。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，其特征在于，所述對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行規(guī)則化，記錄目標(biāo)信息制成目標(biāo)查找表的步驟，具體包括對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行線段化；對(duì)得到的線段進(jìn)行調(diào)整及組合；完成線段的調(diào)整及組合后，如果該對(duì)象輪廓中存在弧形，則進(jìn)行弧形的擬合；以及輸出對(duì)象特征。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，其特征在于，所述對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行線段化的步驟，具體包括a) 、在邊緣點(diǎn)集中隨機(jī)選取兩點(diǎn)，形成一條線段；b) 、計(jì)算其他點(diǎn)到該線段所在直線的距離，如果小于一定閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)在線段上；c) 、依次計(jì)算線段上的點(diǎn)間距，如果間距超過(guò)一定閾值，則將間距處得到的線段分割為兩段；d) 、如果步驟c)得到的線段上的點(diǎn)足夠多，則根據(jù)線段上所有的點(diǎn)擬合成新的線段方程并保存，同時(shí)從邊緣點(diǎn)集中刪除這些點(diǎn)，否則，執(zhí)行步驟(e);以及e) 、對(duì)余下的點(diǎn)重復(fù)執(zhí)行步驟a)至步驟d)，直到找不到符合條件的線段為止。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，其特征在于，所述對(duì)得到的線段進(jìn)行調(diào)整及組合的步驟，具體包括假設(shè)直線可表示為AiX+BJ+C =O，其中Ai Ai+Bi Bi = 1 ;兩條直線之間的夾角a取值為
，可由兩個(gè)公式確定i)AiAj+Bi Bj = C0Sa ;ii)Ai Bj-Bi Aj二sina ;并取一個(gè)角度閾值P ，如果兩條相鄰線段的夾角與90度差在±|3度以內(nèi)，則認(rèn)為垂直；如果與0度或180度差在±|3度以內(nèi)，則認(rèn)為重合；所述完成線段的調(diào)整及組合后，如果該對(duì)象輪廓中存在弧形，則進(jìn)行弧形的擬合的步驟，具體包括對(duì)剩余的點(diǎn)進(jìn)行距離聚類(lèi)，得出存在幾段??；對(duì)于每個(gè)弧段，將相鄰的點(diǎn)依次連接起來(lái)，從起始到結(jié)束得到一組點(diǎn)的序列，用最小二乘圓或者三次樣條方法擬合成平滑的弧線；所述輸出對(duì)象特征的步驟，具體包括完成上述規(guī)則化過(guò)程后，得到的對(duì)象特征包括頂面邊長(zhǎng)數(shù)、各邊長(zhǎng)長(zhǎng)度、各邊長(zhǎng)間夾角，以及邊緣存在幾條弧形，將這些特征和對(duì)象的位置、高度一并記錄，制成目標(biāo)查找表用于后續(xù)感興趣目標(biāo)查找。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，其特征在于，所述從目標(biāo)查找表列出所有符合用戶感興趣目標(biāo)特點(diǎn)的對(duì)象，提供給用戶的步驟，具體包括根據(jù)用戶感興趣目標(biāo)的特點(diǎn)，從目標(biāo)查找表中進(jìn)行查詢，列出所有符合條件的對(duì)象，提供給用戶。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種從三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取感興趣建筑物的方法，該方法包括從濾波后的非地面點(diǎn)中確定建筑物候選點(diǎn)；以點(diǎn)間距離為約束對(duì)確定的候選點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，完成單個(gè)建筑物目標(biāo)的分割；分別提取每個(gè)建筑物目標(biāo)的邊緣點(diǎn)；對(duì)每個(gè)建筑物對(duì)象的邊緣進(jìn)行規(guī)則化，記錄目標(biāo)信息制成目標(biāo)查找表；以及從目標(biāo)查找表中搜索出所有符合用戶感興趣目標(biāo)特點(diǎn)的對(duì)象，提供給用戶。本發(fā)明提供的方法，對(duì)濾波后利用kd樹(shù)組織的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)分割、邊緣點(diǎn)提取、邊緣規(guī)則化，并提供提取出的建筑物特征信息，供用戶快速查找感興趣目標(biāo)。
文檔編號(hào)G06T7/60GK101726255SQ200810224910
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者周梅, 唐伶俐, 夏冰, 李傳榮, 蘇國(guó)中, 黎荊梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電研究院