Lida成像技术.ppt

Lidar原理及其应用 Lidar概述 Lidar简介 Lidar的不同表述方式 国外对Lidar的不同表述方式有：机载激光测高(airborne laser altimetry ,ALA)；激光雷达(light detection and ranging ,LIDAR)；机载激光地形测绘(airborne laser topographic mapping，/airborne laser terrain mapping, ALTM)；机载激光测量系统(airborne laser mapping ,ALM)；机载激光扫描测量系统(airborne laser scanning，ALS)；激光测高(laser altimetry，LA)。 Lidar的发展历史 美国从二十世纪七十年代就进行了广泛的研究，制造出多种基于激光测量的系统。 从八十年代末期开始，世界上其他发达国家的科研机构开始Lidar技术的研究并在实际的工作中进行检验，推动了Lidar的商业化。 我国对Lidar的研究起步较晚 Lidar技术的特点和优势 主动式探测，机载激光扫描测高不受太阳光照的影响，受天气条件影响较小,几乎能全天候地对地观测 快速准确的获取地面三维信息，数据处理速度快，自动化程度高，获取DEM的效率比现有技术高很多 机载激光扫描测高传感器发射的激光脉冲能部分地穿透树林遮挡,直接获取森林覆盖地区真实地面的高精度三维地形信息,具有传统摄影测量方法无法取代的优越性 Lidar的系统组成 Lidar技术是激光测距技术、计算机技术、高精度动态载体姿态测量技术(INS)和高精度动态GPS差分定位技术迅速发展的集中体现。主要由三部分组成： 搭载平台：一般采用小型固定翼飞机或直升飞机作为Lidar系统的搭载平台。 机载系统：包括激光测高仪，差分GPS接收机，IMU惯性测量装置和机载计算机等。 地面数据处理系统：包括地面工作站，计算机和数据分析处理软件。 Lidar数据获取原理 Simultaneous Four Return Pulses Lidar的扫描方式 圆锥式扫描 大光斑与小光斑 Lidar数据处理 Processing Flow 多级窗口形态学滤波 原理：选择一个窗口，对窗口内的数据进行形态学运算，过滤掉不需要的点，保留感兴趣的部分。 膨胀运算：运算结果将把p点的高程值设置成窗口内的最大高程值。 滤波窗口的选择 滤波窗口选择所遇到的问题 使用多级窗口的滤波方法 算法流程 线性估计的滤波方法 线性预测 稳健估计 分级 线性预测 两种表示形式 趋势面和信号 处理数字地面模型问题时，其平差计算是在某种规则面上进行的，这种规则的几何面称为趋势面。它可以根据观测数据用某种多项式去拟合得到。趋势面并非实际地面，两者有插值S存在，该差值S在局部范围内具有一定规律，即呈现系统性质，而在较大范围内，由于地形变化是无规律的，故属于偶然性质，总的来说，差值S是随机参数。对于某插值点的高程，如果能适当加以该点处的信号S的改正，就能获得更为准确的地面模型。 最小二乘配置的解算过程 协方差函数的估计 为了求得方差协方差矩阵，可以根据实际的观测数据和某些理论上的假定进行估计。首先假定随机变量是平稳的，它们之间的相关性只与两个数据点之间的距离d有关，这样可以构成一个协方差函数，它仅仅是距离的函数。另外假定这种相关性随着距离的增大而减弱，根据经验，比较适合的协方差函数是高斯函数 稳健估计 稳健估计的概念：抗差估计 目的：把非地面点看成是粗差 稳健估计的权函数：根据测值和拟合值之间的残差来确定权值 算法中采用的权函数 偏移值的计算方法 稳健模型 分级 线性预测的方法要求地面点和非地面点充分混合，也就是说在进行线性预测时要有足够的地面点存在。由于Lidar数据点数量很大，如果选取一块数据进行处理分块不能过大，为了保证在每个分块内都有足够的地面点，采用分级的方式处理。对数据分成三级，上一层数据少。分级处理的方式能保证分块可以取得较大,区域内也存在足够的地面点进行拟合。 算法流程图 线性估计的处理过程 断线提取 断线的基本概念 断线提取的方法 手工矢量化 基于影像处理 的2D断线提取 3D断线提取 3D断线提取原理 基于在断线两边局部表面的连续性 断线提取步骤 初始断线 平面分片 断线调整 平面分片 断线动态调整 Lidar应用 Lidar的应用 主要用来快速获取大范围高精度的数字地面模型以及城市表面模型 还可以用于测绘线状地物、生成林区DTM以及进行森林植被参数测定、地形变化动态监测、灾害评估以及建立三维城市模型等。 用SCOP++处