机载激光雷达.ppt

LiDAR原理,技术与应用 武汉大学 李德仁 院士 2010年7月23日, 青岛 主要内容 一、机载LiDAR原理,技术与应用 二、机载LiDAR与光学影像的联合处理 三、基于光学成像和激光雷达技术的移动 测量系统 四、地面LiDAR及在文物保护中的应用 五、结束语 一、机载LiDAR原理 机载LiDAR扫描原理 上述激光测距系统，只能测量单点的三维空间坐标。要进行面状测量，必须要加入扫描装置 主要由三种类型的扫描原理 摇摆扫描镜（oscillating mirror) ，为Leica ，Optech采用 旋转多棱镜（rotating polygon) ，为Riegl 和IGI采用 光纤扫描（fiber scanning)，仅为TopoSys的Falcon系统采用 机载LiDAR扫描原理-摆动扫描镜 机载LiDAR扫描原理-摆动扫描镜 机载LiDAR扫描原理-旋转正多面体扫描仪 机载LiDAR扫描原理-旋转正多面体扫描仪 机载LiDAR扫描原理-光纤扫描仪 全数字波形分析概念 机载LiDAR数据一般处理流程（含车载） LiDAR数据处理软件 目前的数据处理软件，大多数是设备生产厂家根据自己的设备而开发的，没有象遥感数据处理那样的通用平台。芬兰Terrasolid公司的软件是一个商业化的软件，但是必须在Microstation上运行 优点：研发较早，有成熟的用户基础，商品化程度高 缺点：二次开发产品、没有强大的算法支持队伍，人员单薄；在国内市场虽有用户基础，但相对于遥感软件、GIS软件，还相当薄弱 其它国外软件，基本上不具备商品化 我国自主研发的LiDAR数据处理软件 2006年，国家十二五863的第一年，以武汉大学牵头、联合国内相关优势单位的技术力量，获得目标导向类资助，从底层开始，研发具有自主知识产权的机载LiDAR数据处理软件。周期三年; 经过3年的研发，已经具备商品化、产业化的条件。已经在包括陕西测绘局、甘肃测绘局、北京东方道迩等单位在内的LiDAR数据加工部门推广使用. 数据检校 数据检校 数据检校-以翻滚角为例 自主软件用于数据检校-以翻滚角为例 自主软件用于基础测绘的实际生产成果 －－以敦煌数据为例 自主软件用于三维矢量建模-三维树木精细模型 基于EM（方差极大算法）的全波形数据波形分解：decomposition of full-wave form data with Expectation Maximum 二、机载LiDAR与光学影像的联合处理 目的、意义 机载LiDAR点云数据具有较高的高程精度，但缺乏光谱、纹理信息 单片或单景高分辨率影像具有较高的平面精度，但是缺乏高程信息 必须立体相对，才能获得高程。在困难地区，即使有立体相对也难以获得较高的高程精度 融合LiDAR点云和高分辨率光学影像，是三维可视化、地物三维提取、三维线划图（3D DLG）提取的有效途径 影像和点云数据的配准 方法特点 线特征表示点特征 配准模型示意图 配准变换模型 参数解算 参数解算 参数解算 配准结果检查（目视和统计） 多片沙市数据（配准精度1个影像像素左右，10个检查点） 配准结果检查（目视和统计） 单片敦煌数据（配准精度1个影像像素左右，10个检查点） 真正射影像生成技术 传统正射影像利用DTM纠正了传感器的倾斜和由地形起伏引起的投影差，但是高大地物引起的投影差仍然存在，真正射影像通过应用DSM克服了这些缺陷 真正射影像生成技术 LIDAR技术的发展为真正射影像生产提供了高精度的DSM。通过DSM对影像进行正射纠正，可以消除地物引起的投影差，但是同时出现了新的问题——在纠正后的真正射影像中，由于未检测出遮挡区域，高大地物附近出现了重影现象 真正射影像生成技术 遮挡检测的方法有 z-buffer 基于角度的遮挡检测 基于角度和高度的投影光线跟踪算法检测等 通常检测出来的遮挡区域灰度值都赋值为0，最终的结果影像中所有区域都要求是可见的，所以需要对遮挡区域进行补偿，遮挡区域丢失的信息需要从相邻重叠区域的影像中获取，如下图示 遮挡区域影像数据获取示意图 真正射影像 LiDAR数据建筑物检测和重建 整个流程分为两大部分 1.从LiDAR数据中检测建筑物脚点 2.由建筑物脚点提取建筑物边缘特征线，并重建模型 建筑物检测 实际工程实验结果 屋顶结构的分解 利用离散点均值平移屋顶法向统计分析和竞争优化的屋顶改正方法实现屋顶结构的分解 1m间距点云测试结果 非常复杂建筑物结构分解 国内沙市数据屋顶自动检测和分割结果 线特征提取 线特征提取 屋顶拓扑结构重构 基于边界追踪和快速规则化的模型生成 天津10Km2全自动建模（800MB点云）运行约10小时， ?? 计算机 2G内存，3.0GHZ双核CP