收藏本站
收藏 | 论文排版

基于流形理论的LiDAR多维点云分割方法研究

刘立坤  
【摘要】:机载激光雷达检测与测距技术(airborne Light Detection and Ranging, LiDAR)是当前发展迅速的空基移动测绘技术,也是获取高精度地表观测数据的重要技术手段。采集的点云数据成果已经成为越来越多测绘活动的标准基础数据内容。近十年来,随着相关硬件传感设备和运载工具技术的不断进步,目前可获取到的激光扫描数据正朝着点数高密度、空间位置高精度、属性数据高维度的方向发展。相对于以前稀疏的点云数据只能供大范围的地形产品,技术进步赋予激光扫描技术具有更精细地描述地面观测对象的能力。相关成功应用已广泛分布于数字城市建模、植被分类、交通信息提取、环境变化研究等众多方面。点云数据分割是LiDAR点云数据自动化提取和重建过程中非常重要的一项处理环节,它一直以来是摄影测量与遥感、机器学习、三维处理与计算机视觉等领域关注和不断研究的焦点问题。因此,研究高效的激光点云数据分割方法对于自动化的点云数据处理是具有十分重要的意义。针对目前高密度多维度机载激光扫描数据分割方法大多需要先验知识和几何约束模型的不足,以及处理过程中还需要大量人工干预、经验参数实验设定的问题,论文结合激光数据中包含的丰富非空间信息,挖掘和利用这些信息背后蕴含扫描对象的物理性质异质性进行多维空间数据聚类。通过使用流形空间的数学概念将在多维特征空间中不同数据点进行移动、模式聚类和类群划分,并结合参数自适应调整和优化的最近邻域查找方法完成了点云数据分割的目标。论文的主要研究内容如下:1、研究了激光扫描技术的原理和当前机载激光雷达系统的主要构成。分析了当前点云数据分割领域国内外已有的研究成果和方法,对各方法的实现方式和结果进行了分析,确定了论文的主要研究方向。2、系统分析了流形空间的定义与矢量均值聚类算法,对矢量均值过程进行了分析,并将其推广到非线性的流形空间,分析了流形度量下该改进算法的性能,针对不同黎曼流形提出了算法设计步骤。结合机载激光点云包含的多维数据特点提出了基于流行度量上的非线性聚类移动方法,在流形空间上实现了新的距离度量和非参数化分割框架,完成了对扫描点云位置与多维属性联合特征空间的统一聚类分割。3、分析了聚类移动过程中带宽参数设置问题,提出了定义势能约束函数用于调整多维空间数据点之间的关系。通过在势能函数收缩过程中进行带宽参数更新,保证了聚类移动过程相对于原始方法具有更快的收敛性。实验表明提出的改进可以更好地进行激光点云数据的自适应分割。4、研究了数据移动过程中最近邻域查找的问题,通过对多维数据的高斯划分,然后建立多层哈希数据虚拟数据索引,相对于传统线性查找大幅提高了邻域查找效率。5、采用真实场景测试数据对提出的点云分割处理框架进行了实验,并参照实况数据对分割方法的准确性进行了统计与分析。实验表明,提出的基于流形理论的点云分割处理框架对于明显的人工地物如建筑物和植被具有很好的区分性,验证了论文框架和算法的有效性。论文的主要创新体现在:1、提出了基于流形空间度量上非线性聚类移动算法,解决了不同度量空间下的多维度数据类间距离的度量和非参数化分割问题,实现了激光扫描点云空间与多维属性联合特征空间的统一聚类。2、提出了以势能收敛函数定义数据点间相互距离关系,解决原数据移动过程中固定带宽参数人工实验选取的问题,使多维点云数据进行数据移动时参数可以自适应选择,与固定带宽的均值聚类算法相比,处理时间仅为原方法的1/3。3、在局部敏感哈希算法基础上首先进行数据高斯划分的预处理过程。在点云分割中为最近邻域检索处理提高了搜索效率,在确保较小查找返回错误率的条件下,相对于传统的线性邻域检索效率平均提升10倍以上。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 梁新合;宋志真;;改进的点云精确匹配技术[J];装备制造技术;2008年03期
2 叶爱芬;龚声蓉;王朝晖;刘纯平;;基于随机分布估计的点云密度提取[J];计算机工程;2009年04期
3 梁新合;梁晋;郭成;曹巨明;;法向约束的多幅点云数据融合算法[J];西安交通大学学报;2009年05期
4 孟凡文;吴禄慎;;用继承与优化算法精密拼接无序点云[J];光学精密工程;2009年04期
5 李海亮;邓非;李刚;;摄影测量激光点云空洞修补[J];测绘科学;2010年05期
6 张晶;杨云生;丰少伟;;基于点云法矢变化的点云简化方法研究[J];计算机与数字工程;2011年12期
7 李晓久;景晓宁;;基于非接触式测量的人体点云简化方法[J];纺织学报;2012年07期
8 高恩阳;郑昊鸿;;点云数据滤波方法综述[J];科技资讯;2012年33期
9 范然;金小刚;;大规模点云选择及精简[J];图学学报;2013年03期
10 李伟;李旭东;赵慧洁;张颖;;基于姿态标准化的线特征点云提取方法[J];北京航空航天大学学报;2013年08期
11 钱伟春;3DSMAX中动态云的制作[J];多媒体世界;1999年03期
12 龚书林;;三维激光点云处理软件的若干关键技术[J];测绘通报;2014年06期
13 赵强;彭国华;王锋;;点云精简的一种方法[J];西南民族大学学报(自然科学版);2006年05期
14 齐秀丽;;数据点云预处理技术研究[J];怀化学院学报;2010年05期
15 史宝全;梁晋;张晓强;舒挽;;特征保持的点云精简技术研究[J];西安交通大学学报;2010年11期
16 陈国安;刘飞;李丽;;采用模糊规则的人体点云特征尺寸识别与提取[J];计算机辅助设计与图形学学报;2011年08期
17 蔡来良;李儒;;点云数据处理算法与实现初步研究[J];测绘通报;2012年S1期
18 张旭;张学昌;唐觉明;;点云对称边特征的最优化提取技术[J];中国机械工程;2013年05期
19 李启东;李文龙;周莉萍;;一种曲面特征保持的航空叶片点云精简方法[J];中国机械工程;2014年16期
20 孙世为,王耕耘,李志刚;基于特征生长的点云拟合技术[J];计算机辅助工程;2001年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李文涛;韦群;杨海龙;;基于图像的点云生成和预处理[A];2011年全国通信安全学术会议论文集[C];2011年
2 蔡来良;李儒;;点云数据处理算法与实现初步研究[A];第四届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2012年
3 马国庆;陶萍萍;杨周旺;;点云空间曲线的微分信息计算及匹配方法[A];第四届全国几何设计与计算学术会议论文集[C];2009年
4 江倩殷;刘忠途;李熙莹;;一种有效的点云精简算法[A];第十五届全国图象图形学学术会议论文集[C];2010年
5 解辉;张爱武;孟宪刚;;机载激光点云快速绘制方法[A];第二十五届全国空间探测学术研讨会摘要集[C];2012年
6 李凯;张爱武;;基于激光点云的粮仓储粮数量测量方法[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
7 朱晓强;余烨;刘晓平;袁晓辉;Bill P.Buckles;;基于航拍图像和LiDAR点云的城市道路提取[A];全国第19届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2008年
8 刘虎;;基于线性八叉树的点云简化与特征提取研究[A];促进科技经济结合,服务创新驱动发展——蚌埠市科协2012年度学术年会论文集[C];2012年
9 李滨;王佳;;基于点云的建筑测绘信息提取[A];第四届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2012年
10 杨雪春;;反求工程建模中点云切片技术研究[A];全国先进制造技术高层论坛暨第八届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭检贵;融合点云与高分辨率影像的城区道路提取与表面重建研究[D];武汉大学;2012年
2 刘涌;基于连续序列自动快速拼接的全方位三维测量技术研究[D];西南交通大学;2013年
3 赖祖龙;基于LiDAR点云与影像的海岸线提取和地物分类研究[D];武汉大学;2013年
4 王瑞岩;计算机视觉中相机标定及点云配准技术研究[D];西安电子科技大学;2015年
5 段敏燕;机载激光雷达点云电力线三维重建方法研究[D];武汉大学;2015年
6 李艳红;车载移动测量系统数据配准与分类识别关键技术研究[D];武汉大学;2014年
7 崔婷婷;结合车载点云和全景影像的建筑物立面重建[D];武汉大学;2015年
8 戴玉成;基于UAV倾斜影像匹配点云的城市建筑物信息提取方法研究[D];中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所);2017年
9 付玮;基于摄影测量系统的标定与表面数据融合算法研究[D];南昌大学;2018年
10 黄旭;LiDAR点云约束下的多视影像密集匹配与融合方法研究[D];武汉大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 龚硕然;基于Delaunay三角剖分的点云三维网格重构[D];河北大学;2015年
2 杨红粉;频域技术应用于点云配准研究[D];北京建筑大学;2015年
3 段红娟;点云图像交互式曲线骨架提取技术及其应用[D];西南交通大学;2015年
4 张永恒;散乱点云数据配准方法研究[D];长安大学;2015年
5 吴爱;面向特征拟合的点云简化方法研究[D];中国地质大学(北京);2015年
6 薛广顺;基于立体视觉的牛体点云获取方法研究与实现[D];西北农林科技大学;2015年
7 胡诚;精度约束下地表LiDAR点云抽稀方法研究[D];西南交通大学;2015年
8 余明;三维离散点云数据处理技术研究[D];南京理工大学;2015年
9 陈星宇;基于三维彩色点云的地形分类方法研究[D];南京理工大学;2015年
10 朱东方;基于复杂拓扑结构点云的曲线拟合研究与应用[D];山东大学;2015年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 曹裕华 高化猛 江鸿宾;激光点云 亦真亦幻[N];解放军报;2013年
2 中国工程院院士 刘先林;四维远见的装备创新[N];中国测绘报;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978