机载激光雷达原理与应用科普(十二)

强度信息数据的特点及处理

早期的LiDAR获取的数据是被测地物的三维坐标,即深度(距离)图像,因此,对LiDAR的数据处理及应用主要集中在距离数据的直接处理及应用。目前,一般的机载LiDAR系统在测定激光脚点三维坐标信息(距离)数据的同时,能够记录该激光脚点位置反射激光信号的强度信息(有的还可以记录多次反射的强度信息),得到的数据在像素级同时具有灰度及距离两种信息,与传统的遥感成像相比具有很大的优势。

之前,由于强度信息中的噪声太大,人们一般弃之不用。近年来,由于数据采集技术的提高,其精度也在逐步提高,越来越多的研究人员开始重视对强度信息的使用。由于强度信息在实质上同光学成像得到的灰度影像是一样的。大多数专家倾向于采用传统的数字图像处理的方法来处理。
机载LiDAR的强度信息与距离信息是同一系统同一时间获得的,也是按照时间序列进行采集和存储的,要将强度信息转换为数字图像,还需要经过以下处理步骤:

1、重采样

将时间序列的数据转换为规则网格数据阵列,每个像素值代表该点对应的回波强度值。

2、去“粗差”

在回波强度数据中,有时候会出现“粗差”——少数点的强度值远大于其它点的强度值,如果不加处理就直接显示成图像,那么图像就会非常模糊,只能看到模糊的影像,不能进行后续的处理和研究。因此,必须进行去除“粗差”的处理,将少数“奇异点”去除,得到分布正常的数据,图像会得到大幅度的改善。
3、取整、拉伸并显示

回波强度数据往往不是整数,而且也不是刚好256个灰度级,要想显示为灰度图像,必须经过取整和拉伸(压缩)操作。
经过这些处理后,就可以进行下一步的处理了。目前是采用数字图像处理的方法来加以处理,但是由于不同地物具有不同回波强度值,这只是一种统计规律,并不是每个像素都满足这种统计上的变化规律,而且激光雷达的回波轻度值中有很多的粗差。因此,在道路区域内的像素也可能出现强度值与道路两边其他类别地物像素的强度值相同的情形,反之亦然。
总结
接利用激光强度信息进行地物的识别和提取还有很大困难,尤其是在配备了数码相机之后,LiDAR系统能够得到高分辨率的数码影像,这在很大程度上取代了回波强度信息,但是,在某些情况下回波强度信息还是很有用的,比如,数码相片需要与点云数据进行配准,这需要内插,会带来空间精度的损失,回波强度信息是和点云数据一一对应的,不存在这个问题。在天气条件不好的时候,可能无法得到数码影像,但只要有点云数据,就有回波强度信息。

[参考文献] 王丽英. 机载LiDAR数据误差处理理论与方法[M]. 测绘出版社, 2013

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