【摘要】：相對機載激光掃描儀器而言,地面激光掃描儀(Terrestrial Laser Scanners,簡稱TLS)能夠獲取地面復(fù)雜場景的三維精細(xì)點云數(shù)據(jù),具有高密度、高精度和高效率的特點。作為一種全波形TLS,RieglVZ-1000使用多回波點云技術(shù),能夠感知激光束在同一方向上獲取的不同距離的目標(biāo),即多回波點云信息,對研究遮擋區(qū)域即植被區(qū)域具有針對性,在改善遮擋目標(biāo)探測的準(zhǔn)確性上展現(xiàn)了巨大潛力。近年來,卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在計算機視覺領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,成功用于解決各類三維圖形圖像的分類和提取。目前,關(guān)于三維目標(biāo)形狀表示的方法,主要局限于單回波識別,不能應(yīng)用于基于多回波的植被遮擋探測,原因在于缺乏良好的三維幾何表示方法表示隱蔽目標(biāo)因被遮擋而展現(xiàn)的不規(guī)則形狀。為了解決當(dāng)前問題,本文在探測植被遮擋的全波形TLS點云模型中主要做出了三項研究工作:首先,本文針對三維TLS點云數(shù)據(jù),基于體素分層,實現(xiàn)了點云場景中樹木自動提取且F1值高達(dá)0.93,證明該算法可有效提取多回波TLS點云的樹木。其次,由于需要對隱藏在植被后面的隱蔽目標(biāo)進(jìn)行感知與探測,因此需要檢測出中間回波代表的植被遮擋區(qū)域以及可能有隱蔽目標(biāo)存在的末次回波。本文利用全波形TLS點云中單次回波、一次回波、中間回波和末次回波的不同三維坐標(biāo)特性和回波強度特性,做成數(shù)據(jù)樣本,然后基于PointNet的三維點云網(wǎng)絡(luò)框架進(jìn)行樣本訓(xùn)練并進(jìn)行超參數(shù)調(diào)制,取得了良好的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和識別效果。隨之,本文采用深度Kd網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了末次回波中植被遮擋區(qū)域的隱蔽目標(biāo)探測。實驗測試采用兩組由Riegl VZ-1000掃描的TLS點云場景并和PointCNN對比。其中,本文采用的網(wǎng)絡(luò)PointNet測試的F1值最高達(dá)0.92,最低達(dá)0.81。而PointCNN的F1值最高僅為0.64,實驗結(jié)果證明了本文采用的方法具有可行性和優(yōu)越性。最后,本文對樹木及其隱蔽目標(biāo)點云的遮擋特性從位置、密度和回波強度等角度進(jìn)行了分析。引入了遮擋目標(biāo)和隱蔽目標(biāo)的三維差分位置坐標(biāo),并計算了其特征值和特征向量,分析了植被NDI指數(shù)和冠層密度的關(guān)系,實現(xiàn)了隱蔽目標(biāo)感知的可見性分析。
【圖文】：

知與檢測其遮擋目標(biāo)的一種新型測距傳感器。它通過向目標(biāo)發(fā)射激光脈沖并接收逡逑其反射回來的回波信號，在三維空間上形成一系列點的集合，每個點都具有三維逡逑坐標(biāo)和強度，以此獲取目標(biāo)的幾何位置和反射率［３］。如圖１．１所示，對于植被遮逡逑擋場景，用ＴＬＳ獲取點云數(shù)據(jù)，可以對被樹叢遮擋的隱蔽Ｂ標(biāo)進(jìn)行感知與探測。逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．１邋ＴＬＳ點云中樹木等植被遮擋實例：（ａ）隱蔽目標(biāo)位置，（ｂ）剖面實例逡逑ＴＬＳ點云數(shù)據(jù)以其高密度、高精度和高效率［４］等優(yōu)勢，成為了一種精確獲取逡逑空間數(shù)據(jù)的快速手段。首先，ＴＬＳ采用單色光且發(fā)射波束極窄，隱蔽性好，對地逡逑物和背景具有極強的抑制能力；其次，激光對隱身目標(biāo)具有極高的靈敏度，抗干逡逑擾能力突出；同時，激光掃描系統(tǒng)波長短，與微波掃描系統(tǒng)相比其體積和質(zhì)量都逡逑比較�。涣硗�，它有極高的分辨率，，用其做精確制導(dǎo)，具有很高的精度。逡逑１逡逑

圖１．２多回波在點云數(shù)據(jù)中的表示，斜線為光束傳播方向逡逑內(nèi)容逡逑以全波形ＴＬＳ點云的多回波數(shù)據(jù)為實驗對象，利用基于體素的形，對樹木植被進(jìn)行自動提取。結(jié)合多回波點云三維坐標(biāo)信息和強度，基于ＰｏｉｎｔＮｅｔ模型訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多回波自動分類，從而自回波代表的樹木遮擋區(qū)域。隨之，基于深度Ｋｄ網(wǎng)絡(luò)在末次回波中探標(biāo)。聯(lián)合小光斑回波和點云特征描述，實現(xiàn)遮擋目標(biāo)和被遮擋目標(biāo)析和可見性感知實驗。最后，通過對比試驗和實際場景評價本文方驗證研究成果的先進(jìn)性和正確性。逡逑于體素的全波形ＴＬＳ點云樹木自動提取方法逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P225.2

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本文編號：2606380