[发明专利]基于角度和强度的车载激光点云噪点自动去除方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于角度和强度的车载激光点云噪点自动去除方法，属于摄影测量和三维激光技术领域。

背景技术

车载三维激光移动测量系统以车为载体平台，搭载激光扫描仪和全景相机获取物体表面三维坐标和纹理信息，使用GPS动态定位，INS（惯性制导系统）获取移动测量系统的姿态参数。车载三维激光移动测量系统可以获取建筑物、道路、隧道等城市物体的表面信息，非常适用于城市物体三维空间信息的快速有效获取。

但是，车载三维激光移动测量系统在进行数据采集时存在较强光照环境，扫描仪发射的激光在阳光强烈照射下会受到影响，导致获取的点云数据中存在噪声点，从而影响基于点云的数字测图和建模。在获取的点云数据进行生产应用之前，需要进行预处理，去除噪声点，提升点云数据的质量。点云去噪有两类手段，一类是手动选择删除，该方法工作量大，效率低，但判读准确，另一类方法是自动过滤，一般通过点密度特征采用统计的方法判断出噪声点从而去除，该方法针对阳光噪点的去除效果不好，容易过滤掉较多的有效点，过滤准确率不高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的不足，而提供一种自动化程度高，运算过程简单有效，去除噪点快速高效的基于角度和强度的车载激光点云噪点自动去除方法。本方法基于激光点的角度和强度的分布特性，自动准确去除噪声点

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：提出一种基于角度和强度的车载激光点云噪点自动去除方法，首先，使用车载三维激光测量系统进行采集数据，采集数据过程在车辆行驶中进行，三维激光扫描仪用于获取点云数据，GPS导航仪与惯性制导系统构成的POS系统用于获取姿态位置信息；点云数据按照圈索引进行组织，以获取每一个扫描圈的三维坐标点集；按照时间对齐，根据采集的POS信息进行线性插值解算，获取三维点云数据扫描圈每一圈的姿态信息及位置信息；定义车载三维激光测量系统中的POS系统中心点为坐标系原点，车辆行驶的方向为Y轴正方向，垂直向上的方向为Z轴正方向，构建空间坐标系，再按如下步骤操作：

步骤1、根据点云数据每一个扫描圈POS系统的时间信息及经纬度位置信息，计算出每一扫描圈时刻太阳高度角θ_si；

步骤2、根据点云数据每一个扫描圈POS系统的姿态信息及空间三维坐标位置信息，求解出每一扫描圈POS平面的方程表达式；

步骤3、从用圈索引组织的点云数据中取出任意第i扫描圈中包含的任意点j与POS中心连线构成三维向量V_ij，计算V_ij与POS平面法向量N_i的夹角ɑ_ij，比较夹角ɑ_ij与太阳高度角余角β_ij差值得到角度差值θ_ij，然后θ_ij与阈值T_A进行比较，将小于角度阈值T_A的点初步判定为噪声点；

步骤4、统计在被初步判定为噪声点的邻域范围内空间分布,构建协方差矩阵∑_j(x,y,z)，计算出矩阵特征值λ₁，λ₂，λ₃，然后根据矩阵特征值计算共面特征值P_λj及共线特征值L_λj，对比共面特征值P_λj与阈值P_T，共线特征值L_λj与阈值L_T，将均小于阈值的点判定为噪声点；

步骤5、统计判定为噪声点的邻域范围内的坐标点强度分布的方差值δ_j，设定方差阈值δ_T，将大于方差阈值的点确定为噪声点。

本发明的方法步骤1中所述每一扫描圈的位置信息为经纬度坐标(L_i，B_i，H_i)，时间信息为UTM时间或者北京时间t_i；按照公式①，求得任意时刻任意地方的太阳高度角θ_si：

sin(θ_si)＝sin(σ_i)sin(L_i)+cos(L_i)cos(σ_i)cos(S_i)……………………①