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地面激光扫描数据滤波研究

作　者: 王勇
导　师: 张建军
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 地面激光扫描点云滤波移动抗差趋势面阴影搜索自适应数学形态学扇形划分
分类号: P234.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

三维激光扫描技术在测绘领域的应用越来越广泛，将三维激光扫描技术应用于地形测量，具有速度快、精度高、隐蔽性好等优点，本文针对地形点云数据处理中非地面点剔除这一关键环节展开研究，主要工作如下：1．介绍了地面三维激光扫描仪的组成和工作原理、地形测量中点云采集和处理流程。2．在介绍趋势面模型的基础上，针对点云数据量大，处理效率低的问题，以网格为单位进行移动趋势面滤波，并引入抗差估计理论，将植被等非地面点当作粗差，进行移动抗差趋势面滤波，实验表明，与传统的趋势面滤波相比滤除非地面点效果更好。3．在介绍数学形态学理论及其在点云滤波中的应用基础上，针对以离散点为单位进行数学形态学滤波效率低的问题，以规则网格为单位进行数学形态学滤波；针对窗口大小对滤波结果影响较大且尺寸确定困难的问题，提出为每个规则网格增加一个滤波窗口大小参数。通过分析地面激光扫描地形点云数据特征，提出以阴影搜索的方法确定地物的位置和大小，实现了针对实际地物确定滤波窗口大小的自适应滤波。实验表明，与固定窗口大小的形态学滤波相比滤波精度更高。4．在分析机载和地面激光扫描点云数据空间分布特征基础上，针对地面激光扫描点云内密外疏的特点，提出以扇形网格划分点云，推导了扇形划分参数的递推公式，并给出了邻域搜索方法。实验表明，以最低点法进行扇形化简在化简的同时实现点云的滤波，达到化简滤波一次完成。最后分析了算法对数据的敏感性，并给出了三种算法的结合使用方法。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-10
第一章绪论  10-21
  1.1 研究背景与意义  10-12
    1.1.1 研究背景  10-11
    1.1.2 研究意义  11-12
  1.2 地面三维激光扫描技术  12-16
    1.2.1 地面三维激光扫描仪的组成  12
    1.2.2 地面三维激光扫描仪工作原理  12-13
    1.2.3 地面激光扫描地形测量一般流程  13-16
  1.3 国内外研究现状  16-20
    1.3.1 地面激光扫描仪在地形测量中的应用研究现状  16-17
    1.3.2 点云滤波算法研究现状  17-20
  1.4 研究内容与结构  20-21
第二章移动抗差趋势面滤波  21-36
  2.1 趋势面模型  21-22
    2.1.1 基本原理  21
    2.1.2 模型参数求解  21-22
  2.2 移动最小二乘趋势面滤波  22-27
    2.2.1 拟合范围的确定  22-23
    2.2.2 权的确定  23
    2.2.3 移动趋势面滤波流程  23-25
    2.2.4 实验及结论  25-27
  2.3 移动抗差趋势面滤波  27-34
    2.3.1 抗差估计原理  27-29
    2.3.2 移动抗差趋势面滤波  29-30
    2.3.3 实验及结论  30-34
  2.4 本章小结  34-36
第三章阴影搜索自适应数学形态学滤波  36-55
  3.1 数学形态学概述  36-37
    3.1.1 数学形态学基础算子—腐蚀和膨胀  36-37
    3.1.2 开运算与闭运算  37
  3.2 数学形态学理论在点云数据滤波中的应用  37-41
    3.2.1 离散数据的数学形态学滤波  37-38
    3.2.2 数据预处理  38-40
    3.2.3 窗口大小及阈值的确定  40-41
  3.3 规则网格数学形态学点云滤波  41-45
    3.3.1 离散数据的规则网格组织  41-42
    3.3.2 规则网格数学形态学滤波步骤  42-43
    3.3.3 实验及结论  43-45
  3.4 阴影搜索自适应数学形态学点云滤波  45-53
    3.4.1 地面激光扫描地形数据特征  45-46
    3.4.2 阴影搜索  46-49
    3.4.3 基于阴影搜索的自适应数学形态学滤波  49
    3.4.4 实验及结论  49-53
  3.5 本章小结  53-55
第四章扇形划分化简与滤波  55-66
  4.1 典型点云化简方法  55-57
    4.1.1 重采样法  55
    4.1.2 包围盒法  55
    4.1.3 网格化简法  55-56
    4.1.4 几何图像化简法  56
    4.1.5 聚类化简法  56-57
  4.2 激光扫描数据空间分布特征  57-59
    4.2.1 机载激光扫描点云空间分布特点  57-58
    4.2.2 地面激光扫描地形点云空间分布特点  58-59
  4.3 扇形划分化简与滤波  59-64
    4.3.1 扇形划分原理  59-61
    4.3.2 邻域搜索  61-62
    4.3.3 化简与滤波  62-63
    4.3.4 实验及结论  63-64
  4.4 本章小结  64-66
第五章总结及展望  66-69
  5.1 滤波算法的应用  66-67
    5.1.1 算法的适用性  66
    5.1.2 算法组合使用  66-67
  5.2 本文总结与展望  67-69
    5.2.1 本文总结  67-68
    5.2.2 展望  68-69
参考文献  69-73
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  73-74
致谢  74

地面激光扫描数据滤波研究

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