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《解放军信息工程大学》 2011年
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机载激光雷达点云数据滤波算法的研究与应用

周晓明  
【摘要】:机载激光雷达数据处理是Lidar应用系统的重要组成部分,大约有80%的工作量都集中在这上面,其中数据滤波DEM生产技术是最基础的数据处理工作,它对后续的数字产品生产、应用保障都起到关键作用,也是Lidar技术发展与研究的前沿性课题。本文围绕机载Lidar数据滤波技术,结合点云数据结构特征,进行了深入的研究和探索。本文的主要工作和创新点是: 1.系统的阐述了机载Lidar的定位原理及其结构组成,介绍Lidar的主要数据结构及地物特征,分析数据处理的难点,为实际工程应用和后续的滤波算法设计提供理论依据。 2.分析原始机载Lidar点云数据噪声点的形成原因,介绍新设备数据噪声形成的特点,针对传统高差阈值法需要大量的统计分析和实验判断的缺点,提出一种高程平面拟合与邻近点密度相结合的判断准则,采用迭代计算-自适应改变阈值参数的方式检测噪声点,改善了噪声剔除效果。 3.改进了基于虚拟格网结构的形态学滤波方法。采用虚拟格网的数据组织方式,避免对原始数据进行内插格网损失精度。利用形态学梯度作为数据点是否进行开运算的阈值条件,提高对陡坎突变地形判断的准确性,对前后两次形态学开运算的结果进行二次判断,利用地物数据集区域的边缘特性作为地物识别特征,提高滤波的准确度,避免简单的阈值判断对地形数据的损失。实验分析证明,算法具有很强的适应性,在非城区的自然复杂地形数据具有良好的滤波效果。 4.设计一种基于八叉树数据结构的点云聚类分割算法。利用八叉树的数据组织结构完成点云数据的聚类分割,对八叉树节点采用分割-融合两个步骤整合零散区域,改进区域分割的结果,提高准确性。同时在建立八叉树节点的过程中完成原始数据的索引组织结构,方便数据点集之间的查询计算,提高滤波效率。 5.基于上述分割结果,提出一种结合区域拓扑结构信息与高差不连续性的滤波准则。对于分割结果的区域数据设计了一种拓扑结构信息,在区域块数据集类别判断上,考虑了区域之间高差不连续性及之间的拓扑结构关系双重判断标准,运用迭代计算的方式,逐渐剔除地物区域数据集以最终达到滤波的目的。该方法改善了传统聚类滤波中的地物判断缺点,在城区地形数据具有良好的表现。 6.设计一种波形宽度阈值的全波形数据滤波方法。针对全波形数据的特点,用数学推导的方式证明其是高斯模型的波形叠加,采用最小二乘迭代优化的方式估计波形参数,利用波形宽度作为植被点和地形点的分类阈值,完成植被区域数据点的滤波。
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN958.98

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 赵浩浩;李斌兵;;多噪声点云数据预处理及DEM构建[J];电子世界;2013年15期
2 马鼎;李斌兵;;黄土沟壑区切沟植被的激光点云滤波及地形构建[J];农业工程学报;2013年15期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 尚大帅;机载LiDAR点云数据滤波与分类技术研究[D];解放军信息工程大学;2012年
2 李鹏程;机载LiDAR点云数据滤波及辅助影像匹配技术研究[D];解放军信息工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周晓明;唐德瑾;马秋禾;杨靖宇;;LAS Version 2.0数据格式解析[J];测绘工程;2010年04期
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3 宁津生;王正涛;;测绘学科发展综述[J];测绘科学;2006年01期
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5 隋立春;张熠斌;柳艳;曲佳;李伟;王蒙;李智临;;基于改进的数学形态学算法的LiDAR点云数据滤波[J];测绘学报;2010年04期
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7 邬建伟;马洪超;李奇;;顾及语义的机载LiDAR点云格网化方法[J];测绘科学技术学报;2008年02期
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10 王明华;张小红;曾涛;成晓倩;;机载LiDAR数据滤波预处理方法研究[J];武汉大学学报(信息科学版);2010年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 罗伊萍;LIDAR数据滤波和影像辅助提取建筑物[D];解放军信息工程大学;2010年
2 曾齐红;机载激光雷达点云数据处理与建筑物三维重建[D];上海大学;2009年
3 王刃;机载LIDAR数据滤波与建筑物提取技术研究[D];解放军信息工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 杨洋;基于车载LIDAR数据的建筑物立面重建技术研究[D];解放军信息工程大学;2010年
2 董静;融合多特征的机载LiDAR点云数据滤波方法研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
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8 赵旦;基于MicroStation的机载激光雷达数据处理试验研究[D];长安大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蒲东兵;马志强;庞长明;孙英娟;于哲舟;;基于DSP的掌纹识别门禁系统设计与实现[J];安防科技;2008年02期
2 黄加翼;乔梁;;高能X射线包裹图像边沿特征识别方法[J];安防科技;2011年03期
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6 刘婷婷;;基于支持向量机的水稻纹枯病识别研究[J];安徽农业科学;2011年28期
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8 姜红军;董杰;平子良;;基于形态学梯度的细胞图像自动分割[J];安徽农业科学;2012年01期
9 刘刚;王立香;柳兆军;;基于计算机视觉的苹果质量检测[J];安徽农业科学;2012年08期
10 戴之祥;邵陆寿;丁克坚;韦韫;葛婧;;利用G/R分量比值图分割水稻植株图像[J];安徽农业大学学报;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李晋武;张娟;邹丽晖;;含运动物体的运动场景模糊图像恢复方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
2 李莲;闫志洋;;破损胶囊检测的图像处理分析与研究[A];中国仪器仪表学会第十三届青年学术会议论文集[C];2011年
3 徐刚;陈立平;张瑞瑞;;果园传感器网络数据滤波算法研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
4 叶乐军;王强;;基于自适应边缘检测的大空间火灾目标监测技术[A];中国职业安全健康协会2007年学术年会论文集[C];2007年
5 王巍;李琦;王骐;;基于Radon变换的激光雷达距离像方位估计[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
6 刘刚;姚力;张家才;;一种改进的去除脉冲噪声的方法[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
7 王克刚;耿国华;;基于小波平滑直方图的模糊聚类图像分割方法[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
8 赵振磊;耿则勋;王兰;闫兆婵;;基于自适应递归LPA-ICI的图像去噪算法[A];图像图形技术研究与应用2009——第四届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2009年
9 杨莹辉;王唤良;陈强;;基于VB、VC与OpenGL的三维地面模型建模[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
10 陈盼盼;安春华;杨瑞霞;;基于机载激光雷达的城市三维模型数据采集与构建[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许志远;雾天降质图像增强方法研究及DSP实现[D];大连海事大学;2010年
2 奉小慧;音频噪声环境下唇动信息在语音识别中的应用技术研究[D];华南理工大学;2010年
3 李南希;非特定人的自然书写脱机中文文本行识别[D];华南理工大学;2010年
4 王晓松;复杂背景下树木图像提取研究[D];北京林业大学;2010年
5 罗伊萍;LIDAR数据滤波和影像辅助提取建筑物[D];解放军信息工程大学;2010年
6 叶修松;机载激光水深探测技术基础及数据处理方法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
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8 康锋;基于视觉特征的早期农林火灾检测方法的基础研究[D];浙江大学;2010年
9 王文龙;重大公路灾害遥感监测与评估技术研究[D];武汉大学;2010年
10 徐英;基于光子混频的连续太赫兹辐射产生及应用研究[D];浙江大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
2 马剑;机载LiDAR数据插值方法研究[D];河南理工大学;2010年
3 田继辉;用于三维影像快速浏览的多尺度DEM数据组织研究[D];河南理工大学;2010年
4 李瑞波;图像阴影的检测与去除算法研究[D];山东科技大学;2010年
5 马莉;车牌识别系统中的车牌定位和分割算法研究和实现[D];山东科技大学;2010年
6 徐强;基于TMS320F2812的指纹识别系统的设计与实现[D];山东科技大学;2010年
7 张杨;基于双目立体视觉的CCD测距系统设计[D];长春理工大学;2010年
8 李华北;基于数字图像技术在土木结构物损伤裂缝检查应用的研究[D];郑州大学;2010年
9 宋伟中;基于H.264的视频监控系统的D S P实现[D];郑州大学;2010年
10 韩亚丽;图像精密测量算法研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王丽辉;袁保宗;;鲁棒的模糊C均值和点云双边滤波去噪[J];北京交通大学学报;2008年02期
2 周晓明;马秋禾;许晓亮;杨靖宇;王楠;;LIDAR点云滤波算法分析——以ISPRS测试实验为参考[J];测绘工程;2011年05期
3 张小红,刘经南;机载激光扫描测高数据滤波[J];测绘科学;2004年06期
4 张小红;;利用机载LIDAR双次回波高程之差分类激光脚点[J];测绘科学;2006年04期
5 李涛;岑敏仪;;结合影像的LIDAR数据三维建筑物提取[J];测绘科学;2007年05期
6 张靖;高伟;;LAS格式解析及其扩展域的应用[J];测绘科学;2008年03期
7 李卉;李德仁;黄先锋;钟成;;一种渐进加密三角网LIDAR点云滤波的改进算法[J];测绘科学;2009年03期
8 张皓;张永生;刘军;纪松;;一种基于平面拟合的LIDAR点云滤波方法[J];测绘科学;2009年04期
9 路兴昌;张学霞;;基于回波强度和采样点距离的点云滤波研究[J];测绘科学;2009年06期
10 周晓明;马秋禾;李二森;唐德瑾;;基于小波多分辨率方向高程限差的LiDAR数据滤波[J];测绘科学;2010年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王耀革;DEM建模与不确定性分析[D];解放军信息工程大学;2009年
2 曾齐红;机载激光雷达点云数据处理与建筑物三维重建[D];上海大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 孙正林;三维激光扫描点云数据滤波方法研究[D];中南大学;2011年
2 张皓;机载LIDAR数据滤波及建筑物提取技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年
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4 王勃;基于特征的无人机影像自动拼接技术研究[D];解放军信息工程大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 宁津生;王正涛;;测绘学科发展综述[J];测绘科学;2006年01期
8 张小红;;利用机载LIDAR双次回波高程之差分类激光脚点[J];测绘科学;2006年04期
9 张靖;高伟;;LAS格式解析及其扩展域的应用[J];测绘科学;2008年03期
10 杨洋;张永生;邹晓亮;张皓;;一种改进的基于坡度变化的机载激光雷达点云滤波方法[J];测绘科学;2008年S3期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 李德仁;李清泉;;地球空间信息科学的兴起与跨世纪发展[A];科技进步与学科发展——“科学技术面向新世纪”学术年会论文集[C];1998年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
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2 伍岳;第二代导航卫星系统多频数据处理理论及应用[D];武汉大学;2005年
3 康志忠;数字城市中街道景观主体三维可视化的快速实现研究[D];武汉大学;2004年
4 李学友;IMU/DGPS辅助航空摄影测量原理、方法及实践[D];解放军信息工程大学;2005年
5 刘万里;支持向量机中若干问题及应用研究[D];西安电子科技大学;2008年
6 王刃;机载LIDAR数据滤波与建筑物提取技术研究[D];解放军信息工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 张皓;机载LIDAR数据滤波及建筑物提取技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年
2 周科亮;林木精准监测技术方法与软件实现[D];北京林业大学;2003年
3 汪志明;差分GPS和测深仪组合系统在水下地形测量中的应用研究[D];武汉大学;2003年
4 胡静妍;地貌可视化及晕渲图制作系统的研究与实现[D];武汉大学;2005年
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6 王永平;机载LIDAR数据处理及林业三维信息提取研究[D];中国测绘科学研究院;2006年
7 李庆田;车载GPS公路测量中数据采集与数据处理方法研究[D];解放军信息工程大学;2006年
8 黄磊;基于激光扫描数据的建筑物立面信息提取[D];山东科技大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 李杰;刘文;周兴华;;基于数学形态学原理的Lidar点云数据分类在植被信息分离中的应用[J];海岸工程;2009年01期
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6 孙玉文,贾振元,王越超,刘伟军;基于自由曲面点云的快速原型制作技术研究[J];机械工程学报;2003年01期
7 程俊廷;赵灿;王从军;莫健华;;基于参考点和ICP算法的点云数据重定位研究[J];计算机测量与控制;2006年09期
8 杨建风;;逆向工程中点云的快速采集[J];机床与液压;2006年12期
9 邹鸿儒;刘占兵;周锋;鞠鲁粤;;逆向工程中分层点云数据的拼合及精简[J];机电一体化;2006年06期
10 朱根松;周天瑞;潘海鹏;胡世飞;;激光扫描点云数据的快速读取新方法[J];计算机系统应用;2007年01期
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4 张伟忠;张顺海;于德敏;;点云数据与建模软件的接口设计[A];全国第13届计算机辅助设计与图形学(CAD/CG)学术会议论文集[C];2004年
5 宋碧波;卢小平;卢遥;;基于点云数据的建筑物三维重建[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
6 隋立春;张熠斌;赵旦;;基于MicroStation的机载LiDAR点云数据分类处理软件[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
7 段文国;张爱武;蔡广杰;;基于VTK的点云数据绘制研究与实现[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
8 王宇晗;;机载LIDAR数据的采集处理及应用[A];2009全国测绘科技信息交流会暨首届测绘博客征文颁奖论文集[C];2009年
9 刘佳;张爱武;杨丽萍;;室内场景激光点云数据的三维建模[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
10 赵有松;;地面激光扫描技术在长城测量中的应用[A];第二届微波遥感技术研讨会摘要全集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 李程 通讯员 高杰 徐俊科;以飞机的速度行进……[N];石油管道报;2011年
2 本报通讯员 徐大志;从阿凡达到数字化高铁[N];人民铁道;2010年
3 本报记者 甄俊华 特约记者 陈明宇;乘上飞机去选线[N];中国石油报;2011年
4 本报记者 王代林;成兰铁路瞭望[N];四川日报;2008年
5 彭亮;以光为尺[N];科技日报;2011年
6 本报记者 孟庆丰;技术有创新 理念才能贯彻[N];中国交通报;2009年
7 包海 彭建华;全球导航卫星系统建功汶川灾后重建[N];中国测绘报;2009年
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10 记者 张仲增;推进科学发展两岸交流先行区建设[N];中国测绘报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周晓明;机载激光雷达点云数据滤波算法的研究与应用[D];解放军信息工程大学;2011年
2 张会霞;三维激光扫描点云数据组织与可视化研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
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6 韦雪花;轻小型航空遥感森林几何参数提取研究[D];北京林业大学;2013年
7 曾齐红;机载激光雷达点云数据处理与建筑物三维重建[D];上海大学;2009年
8 王茹;古建筑数字化及三维建模关键技术研究[D];西北大学;2010年
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10 罗伊萍;LIDAR数据滤波和影像辅助提取建筑物[D];解放军信息工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨永;古建筑数字化保护关键技术研究[D];河南大学;2010年
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3 唐林新;基于自由曲面点云的数控加工技术的研究[D];新疆大学;2005年
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5 皮青山;机载激光雷达测量系统及点云数据快速处理技术[D];山东科技大学;2011年
6 王霞;一种基于点云的曲面匹配的八叉树算法[D];大连理工大学;2007年
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8 潘斌;基于逆向工程的汽车覆盖件快速原型设计及有限元分析[D];合肥工业大学;2006年
9 喜文飞;激光点云数据压缩的精简研究[D];昆明理工大学;2011年
10 倪一鸣;汽车座椅散乱点云数据的精简及网格化[D];吉林大学;2011年
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