[发明专利]一种移动二维激光雷达的点云强度改正方法

说明书

一种地面移动二维激光的点云强度改正方法，该方法从影响强度差异的因素入手，根据同类地物反射强度相同这一原则，利用二维激光雷达提取标准漫反射板在不同扫描距离、角度下的强度数据，分别建立基于数据驱动的距离和入射角改正模型，并利用最小二乘法解算改正参数；然后采用移动二维激光扫描系统对实际场景进行移动扫描，获取实际场景的点云距离、扫描角度、强度等信息，再根据已建立的改正模型消除距离和入射角对强度值的影响，使改正后的同质区域强度趋于统一。

技术领域

本发明涉及激光点云强度改正方法，尤其是一种地面移动二维激光雷达的点云强度改正方法。

背景技术

激光强度表征为被扫描目标对发射激光光束后向散射回波的光功率。由于受到扫描仪特性、大气传输、探测器与放大电路噪声和扫描物体几何形状等因素响，激光强度值不能作为反射特性被直接提取，而是需要对其值进行改正，以消除各种因素的干扰。通过激光强度改正，扫描目标的属性信息被充分挖掘，可以开展利用目标特性进行分类的研究工作。

目前研究表明，改正后的激光在森林和地表资源勘探、历史文物修复、路面和隧道破损检测、冰川表面分类等领域有着重要的价值。激光强度信息常用来辅助提高地物点云分类精度。针对不同的扫描方式，现有的激光强度改正方法，主要分为以下两种：

(1)地面三维激光扫描(Terrestrial laser scanning，TLS)强度改正。地面三维激光扫描除了能获取高精度的三维空间信息外，还能记录目标的激光强度。由于地面三维激光雷达扫描距离相对较近，大气等环境因素可以忽略不计，激光强度改正主要考虑扫描距离和入射角因素。通过对实测数据的拟合，可以得到激光强度值与距离、入射角之间的关系。同时，通过反求运算，得到目标反射率。

(2)机载激光扫描(Airborne laser scanning，ALS)强度改正。机载激光扫描是依托全球定位系统、惯性测量装置、激光扫描仪获得高精度的三维点云数据，从激光强度在传播过程中的衰减机理出发，对激光传播距离、大气衰减、入射角因素进行改正，消除干扰因素对激光强度值的影响。

ALS和TLS都采用成本较高的三维激光雷达，移动二维激光雷达成本低、数据冗余度小，可根据测量点的帧序号和帧内编号直接索引点云。目前还没有方法来消除距离和入射角对移动二维激光雷达强度的影响，因此，针对移动二维激光雷达强度改正方法有待深入研究。

发明内容

本发明的目的是针对移动二维激光雷达获得的同质区域点云强度差异，提出了一种地面移动二维激光的点云强度改正方法。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种移动二维激光雷达的点云强度改正方法，该方法包括以下步骤：

S1、利用二维激光雷达提取标准漫反射板在不同扫描距离、入射角度下的强度数据，分别建立扫描距离和强度值的函数，以及入射角度和强度值的函数；

S2、采用最小二乘法解算改正参数，根据拟合优度和均方根误差，确定模型阶数；

S3、采用移动二维激光扫描系统对实际场景进行移动扫描，获取实际场景的点云距离ρ、扫描角度θ，计算激光落脚点到激光原点的入射角α；

S4、建立基于扫描距离和入射角度对激光强度数据的改正模型，得到改正后的激光强度I_S。

进一步地，步骤S1具体为：

S1-1、设置入射角度、激光雷达的距离范围[R_min，R_max]以及激光雷达的距离间隔xm；采用激光雷达以同样的入射角度获取标准漫反射板在前述距离范围内，按照固定间隔调整距离所接收的各距离下的激光强度数据，建立扫描距离和强度值的拟合函数f₂(R)；