国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

融合LiDAR點(diǎn)云與正射影像的建筑物圖割優(yōu)化提取方法

2018-05-04 08:04:56杜守基鄒崢嶸張?jiān)粕?/span>王競雪
測繪學(xué)報(bào) 2018年4期
關(guān)鍵詞:射影格網(wǎng)邊緣

杜守基,鄒崢嶸,張?jiān)粕?雪,王競雪

1. 中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院,湖南 長沙 410083; 2. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)測繪與地理科學(xué)學(xué)院,遼寧 阜新 123000

建筑物是城市空間重要的地理信息要素,從遙感數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取建筑物對(duì)于城市三維建模、災(zāi)害評(píng)估、數(shù)字地圖更新等應(yīng)用具有重要的作用[1-2]。建筑物的自動(dòng)提取一直是攝影測量與遙感領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向,但是由于城市環(huán)境復(fù)雜,從遙感數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取建筑物仍然面臨許多困難[3]。

近年來,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)建筑物提取進(jìn)行了廣泛的研究。根據(jù)所用數(shù)據(jù)的不同,可以分為基于影像數(shù)據(jù)[4-6]、基于LiDAR數(shù)據(jù)[7-10],以及聯(lián)合影像與LiDAR數(shù)據(jù)[11-15]3類方法。第1類方法主要利用影像的光譜信息。由于影像廣泛存在的“同物異譜”、“同譜異物”現(xiàn)象,以及陰影、遮擋等現(xiàn)象,單純利用影像提取的建筑物有較多的錯(cuò)誤,難以實(shí)用化[16]。利用LiDAR數(shù)據(jù)提取建筑物主要利用點(diǎn)云的強(qiáng)度、回波以及幾何信息,雖然自動(dòng)化程度較高,但相較于影像數(shù)據(jù),LiDAR數(shù)據(jù)的空間分辨率較低,提取的建筑物輪廓不夠精確。

融合LiDAR點(diǎn)云與影像數(shù)據(jù)提取建筑物,可以充分利用LiDAR數(shù)據(jù)精確的三維信息和影像的光譜信息以及分辨率高的優(yōu)勢,二者的融合更加有利于自動(dòng)提取高精度的建筑物信息。文獻(xiàn)[11]提出一種面向?qū)ο蟮暮娇沼跋衽cLiDAR數(shù)據(jù)融合分類方法,但是該方法依賴于高精度的航空影像分割。文獻(xiàn)[12]首先利用光譜信息分離出植被,然后利用高程信息從地面道路和建筑物中分離出建筑物。該方法單獨(dú)利用光譜信息分離植被,利用高程信息分離建筑物,沒有將兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合。文獻(xiàn)[13]采用支持向量機(jī)融合光譜與幾何特征進(jìn)行建筑物和植被提取,但是監(jiān)督分類方法需要大量的標(biāo)記數(shù)據(jù)。以上方法主要利用了影像的光譜信息來提高建筑物提取精度,而忽略了影像的高分辨率特征來優(yōu)化建筑物邊緣信息。文獻(xiàn)[14]利用超高分辨率影像在LiDAR輔助下提取建筑物輪廓;文獻(xiàn)[15]融合LiDAR與正射影像進(jìn)行建筑物提取和邊緣規(guī)則化。兩種方法都是基于影像上的線特征提取進(jìn)行邊緣信息規(guī)則化,但是線特征提取通常不完整,易受陰影區(qū)域的影響。針對(duì)現(xiàn)有方法存在的問題,基于LiDAR點(diǎn)云與影像數(shù)據(jù)的特點(diǎn),本文引入圖割算法[17],提出一種融合幾何信息與顏色信息的建筑物提取方法,并利用前后景分割的思想來優(yōu)化建筑物邊緣。在本文方法中,一方面通過圖割算法來融合幾何與顏色信息,考慮鄰域關(guān)系以保證提取結(jié)果鄰域內(nèi)的一致性;另一方面,通過前后景分割的方法基于影像的顏色信息來優(yōu)化建筑物邊緣,以利用影像分辨率高的優(yōu)勢。本文方法主要流程如圖1 所示。

圖1 本文方法流程Fig.1 Flowchart of the proposed method

1 融合LiDAR點(diǎn)云與正射影像的建筑物提取

1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1.1 生成DSM、DTM、nDSM

儀器誤差或者航空激光點(diǎn)云獲取過程中存在的飛鳥,使得獲取的點(diǎn)云中存在粗差點(diǎn),影響后續(xù)的DSM內(nèi)插以及幾何特征計(jì)算,首先利用基于統(tǒng)計(jì)分析的方法剔除粗差點(diǎn)[18]。在此基礎(chǔ)上,采用文獻(xiàn)[19]的方法將點(diǎn)云分為地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)。然后利用全部點(diǎn)云內(nèi)插DSM,利用地面點(diǎn)內(nèi)插DTM,再利用DSM減去DTM獲取nDSM。由于本文采用的圖割優(yōu)化過程在DSM格網(wǎng)上實(shí)現(xiàn),因此提出一種保邊緣特征的DSM內(nèi)插方法,主要包括以下幾步:

(1) 由點(diǎn)云平均密度估計(jì)DSM格網(wǎng)分辨率R。

(2) 含有LiDAR點(diǎn)的格網(wǎng)高程采用其包含的LiDAR點(diǎn)的最大高程值。

(3) 缺少LiDAR點(diǎn)的格網(wǎng)高程通過鄰近格網(wǎng)計(jì)算。首先將當(dāng)前格網(wǎng)周圍8鄰域內(nèi)的有效格網(wǎng)(含有LiDAR點(diǎn)的格網(wǎng))的高程按照1.5 m間隔統(tǒng)計(jì)直方圖。當(dāng)某一個(gè)區(qū)間內(nèi)含有的格網(wǎng)數(shù)大于有效格網(wǎng)數(shù)的一半時(shí),直接將這一區(qū)間格網(wǎng)高程的平均值賦予當(dāng)前格網(wǎng),否則利用8鄰域格網(wǎng)中所有的LiDAR點(diǎn),按照與格網(wǎng)中心距離反距離加權(quán)計(jì)算當(dāng)前格網(wǎng)高程。

(4) 如果8鄰域內(nèi)沒有有效格網(wǎng),則繼續(xù)擴(kuò)大鄰域范圍,直到內(nèi)插出有效高程。

為節(jié)省后續(xù)處理時(shí)間,將非地面點(diǎn)云投影到DSM格網(wǎng)上,生成一張非地面掩膜Mng以指示非地面區(qū)域,也就是建筑物提取候選區(qū)域。在Mng中,“0”指示地面區(qū)域,“1”指示非地面區(qū)域。

1.1.2 正射影像陰影增強(qiáng)

NDVI常用于區(qū)分植被和非植被區(qū)域,本文也將NDVI作為區(qū)分植被和建筑物的一個(gè)特征。但是陰影區(qū)域較暗的顏色會(huì)對(duì)NDVI的計(jì)算產(chǎn)生較大影響[20],對(duì)此,首先采用文獻(xiàn)[21]中的方法檢測陰影區(qū)域,然后對(duì)陰影區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)。具體做法是利用連通分析將陰影區(qū)域聚類,然后對(duì)每個(gè)聚類的對(duì)象分別進(jìn)行陰影增強(qiáng),即將影像的RGB轉(zhuǎn)換到HSI顏色空間,然后按照式(1)對(duì)S和I通道進(jìn)行拉伸,再轉(zhuǎn)換到RGB空間,以實(shí)現(xiàn)對(duì)陰影區(qū)域的增強(qiáng)。

(1)

1.2 特征計(jì)算

本文主要采用了基于點(diǎn)云的3個(gè)幾何特征:點(diǎn)云平整度、法向量分布、基于nDSM影像的紋理一致性,以及基于正射影像的顏色特征NDVI。下面對(duì)采用的特征進(jìn)行介紹:

1.2.1 點(diǎn)云平整度

通常情況下,建筑物由多個(gè)平面組成,而植被區(qū)域表面不規(guī)則,因此建筑物上的LiDAR點(diǎn)云具有局部平整性。本文采用協(xié)方差矩陣分析來計(jì)算點(diǎn)云這一特征[22]。

令NP=pii=1,2,…,n表示非地面點(diǎn),pi=(xi,yi,zi)為其中一個(gè)采樣點(diǎn),Np=pj|pj∈NP是pi的k鄰近點(diǎn)集(本文k取經(jīng)驗(yàn)值為15)。Np的3×3協(xié)方差矩陣C3×3定義如下

(2)

通過特征分解計(jì)算協(xié)方差矩陣C3×3的特征值λ0、λ1、λ2(0≤λ0≤λ1≤λ2),點(diǎn)pi的平整度fp定義如下

(3)

fp越小,表明pi更可能位于平面上,也就是更可能屬于建筑物點(diǎn)。計(jì)算完所有非地面點(diǎn)的特征fp后,每一個(gè)DSM格網(wǎng)的平整度取格網(wǎng)內(nèi)所有LiDAR點(diǎn)的fp均值,對(duì)于沒有對(duì)應(yīng)LiDAR點(diǎn)的格網(wǎng)采用1.1節(jié)所提的內(nèi)插方法進(jìn)行內(nèi)插。為保證效率,只對(duì)Mng中值為“1”的格網(wǎng)進(jìn)行內(nèi)插。

1.2.2 點(diǎn)云法向量分布

式中

(4)

1.2.3 基于nDSM影像的紋理特征

1.2.4 顏色相關(guān)特征

影像具有豐富的顏色信息,對(duì)于建筑物與植被具有較好的區(qū)分度。本文采用NDVI來區(qū)分植被與建筑物,定義如下

(5)

式中,IR、R分別為對(duì)應(yīng)顏色波段的值,采用陰影增強(qiáng)后的影像計(jì)算。計(jì)算完正射影像的NDVI后,將其賦予每個(gè)DSM格網(wǎng)。此外,生成一張基于NDVI的植被區(qū)域掩膜Mv,將fNDVI>0.3的格網(wǎng)值設(shè)為“1”,表示植被區(qū)域,其他區(qū)域設(shè)為“0”表示非植被區(qū)域。

以上介紹的4種特征fp、fN、fTH、fNDVI取值范圍不同,因此利用Logistic方程進(jìn)行歸一化,定義如下

(6)

式中,x0表示歸一化的中心;k控制Logistic方程的深度;k取值對(duì)結(jié)果影響較小,根據(jù)方程曲線的形態(tài)將4種特征分別設(shè)置為-35、2.0、0.2、-10;x0通過試驗(yàn)進(jìn)行確定,即單獨(dú)利用某一個(gè)特征進(jìn)行建筑物提取,通過調(diào)整x0值,提取結(jié)果最優(yōu)的為該特征的x0取值,對(duì)于4個(gè)特征,分別設(shè)置為0.06、0.8、18、0.12。

1.3 基于圖割算法的建筑物提取

上節(jié)介紹的4個(gè)特征僅僅描述一個(gè)點(diǎn)或者一個(gè)格網(wǎng)的特征,并沒有考慮上下文關(guān)系,因此本文引入圖割算法來考慮鄰域關(guān)系以保證鄰域內(nèi)的一致性。圖割算法基本思想是構(gòu)建一個(gè)權(quán)重圖,每一條邊的權(quán)表示相應(yīng)的能量值,然后利用最大流/最小割算法尋找圖的最小割[17]。圖割算法的目的是通過最小化如式(7)定義的能量函數(shù)為每一個(gè)結(jié)點(diǎn)賦予一個(gè)標(biāo)記lp。

(7)

如式(7)所示,能量函數(shù)由數(shù)據(jù)項(xiàng)和平滑項(xiàng)構(gòu)成,本文建筑物提取的結(jié)果是將DSM格網(wǎng)分為兩類,一類是建筑物(building),其他為非建筑物(non-building),即lp∈{building,non-building},因此數(shù)據(jù)項(xiàng)定義如下:

(8)

式中,λ1、λ2分別為幾何和顏色特征的權(quán)重,λ11、λ12、λ13分別為幾何特征中fp、fN、fTH的權(quán)重,且滿足λ1+λ2=1、λ11+λ12+λ13=1。對(duì)于Mng中值為“0”的格網(wǎng),直接賦予標(biāo)記為“non-building”,值為“1”的格網(wǎng),根據(jù)式(8)設(shè)置數(shù)據(jù)項(xiàng)。

由于DSM格網(wǎng)高程值在局部區(qū)域內(nèi)具有較高的一致性,而在地物邊緣處則有較明顯的差異,尤其是建筑物邊緣,因此本文采用格網(wǎng)高程值來構(gòu)建平滑項(xiàng)。此外,在建筑物附近有高程相近的植被的情況下,可能會(huì)出現(xiàn)過度傳播現(xiàn)象,易出現(xiàn)植被誤檢為建筑物或者建筑物被漏檢的問題。因此本文在平滑項(xiàng)中引入基于NDVI指數(shù)的懲罰因子δ,平滑項(xiàng)設(shè)置如下

(9)

式中,hp和hq分別為相鄰格網(wǎng)的高程值;常數(shù)ε保證分母不為0,可由LiDAR數(shù)據(jù)的高程精度確定,本文設(shè)為0.2 m;δ由植被區(qū)域掩膜Mv確定是否給予平滑項(xiàng),當(dāng)相鄰格網(wǎng)在Mv中的值不同時(shí),給予懲罰,避免分為一類,本文δ取值0.1;平滑項(xiàng)系數(shù)β與建筑物提取數(shù)據(jù)(如建筑物高度、建筑物屋頂復(fù)雜度等)有關(guān),本文將其設(shè)置為1。

能量函數(shù)定義后,采用標(biāo)準(zhǔn)最大流/最小割算法[24]求解能量函數(shù)的最小割,然后確定每一個(gè)DSM格網(wǎng)的標(biāo)記lp。

1.4 初始結(jié)果優(yōu)化

上一節(jié)圖割算法優(yōu)化后的結(jié)果中可能存在一些低矮地物,如灌木、籬笆等,因此進(jìn)一步采用高程閾值Th和面積閾值Ta去除這些地物,即高程小于Th的格網(wǎng)直接去除,然后采用連通分析將提取結(jié)果聚為不同的對(duì)象,當(dāng)對(duì)象面積小于Ta時(shí)直接去除。本文Th和Ta分別設(shè)置為1.5 m和2.5 m2。

2 建筑物邊緣優(yōu)化

經(jīng)過圖割優(yōu)化后提取的建筑物結(jié)果可以視為一張二值圖。在影像信息的輔助下,本文引入前后景分割的思想,利用圖割算法對(duì)建筑物的邊緣提取結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化,能量函數(shù)依然采用式(7),但數(shù)據(jù)項(xiàng)和平滑項(xiàng)的設(shè)置與初始建筑物提取階段有所區(qū)別。首先,將初始檢測的建筑物區(qū)域設(shè)為前景,非建筑物區(qū)域設(shè)為后景,然后檢測初始建筑物區(qū)域的邊緣像素,并在邊緣像素附近劃定緩沖區(qū)。通過圖割優(yōu)化,將前景和后景的標(biāo)記傳播到緩沖區(qū),從而實(shí)現(xiàn)建筑物邊緣的精確提取。3個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)項(xiàng)分別設(shè)置如下

(10)

平滑項(xiàng)由對(duì)應(yīng)正射影像顏色信息構(gòu)建,定義如下

Vp,q(lp,lq)=

(11)

式中,R、G、IR分別為對(duì)應(yīng)顏色波段的值;εcol設(shè)置為0.1。定義能量函數(shù)后,采用標(biāo)準(zhǔn)最大流/最小割算法[24]解算能量函數(shù)對(duì)緩沖區(qū)域的格網(wǎng)重新標(biāo)記。從能量函數(shù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)可以看出,本文將初始提取的建筑物區(qū)域以及非建筑物區(qū)域設(shè)置為固定的值,防止在能量最小化過程中標(biāo)記發(fā)生變化,而主要依賴于平滑項(xiàng)將建筑物區(qū)域和非建筑區(qū)域的標(biāo)記傳播到緩沖區(qū),從而實(shí)現(xiàn)緩沖區(qū)的精確標(biāo)記。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步利用形態(tài)學(xué)濾波來消除建筑物邊緣的鋸齒現(xiàn)象。

3 試驗(yàn)與分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證本文方法,采用如圖2所示的ISPRS Vaihingen的數(shù)據(jù)進(jìn)行測試,數(shù)據(jù)采集自德國的Vaihingen地區(qū),具有正射影像和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù),正射影像如圖2(a)所示,分辨率為0.09 m,點(diǎn)云平均密度為4 pts/m2,內(nèi)插的DSM如圖2(b)所示,覆蓋面積約2.0 km2,擁有超過1800棟建筑物。首先采用如圖2(c)、(d)、(e)所示的3個(gè)區(qū)域基準(zhǔn)數(shù)據(jù)測試,正射影像黃色線內(nèi)為測試區(qū)域,參考數(shù)據(jù)由ISPRS官方提供,其中區(qū)域1為形狀復(fù)雜的密集歷史建筑物區(qū)域(圖2(c)),區(qū)域2為樹木環(huán)繞的高聳居民樓區(qū)域(圖2(d)),區(qū)域3為帶有小附屬建筑物的居民區(qū)(圖2(e))。整個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域沒有官方的參考數(shù)據(jù),筆者采用手工標(biāo)記的形式在正射影像上標(biāo)記了所有的房屋區(qū)域,以用于驗(yàn)證本文方法的有效性。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

本文中的λ1、λ2以及λ11、λ12、λ13通過試驗(yàn)確定,分別取λ1=λ2=0.5、λ11=0.25、λ12=0.5、λ13=0.25。對(duì)于ISPRS Vaihingen基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和全部數(shù)據(jù),采用相同的參數(shù)設(shè)置。

3.2.1 ISPRS Vaihingen基準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)果

圖3列舉了區(qū)域1邊緣優(yōu)化前后建筑物區(qū)域在正射影像上套合的結(jié)果。圖中右上角的區(qū)域?yàn)閳D中心黃色方框內(nèi)區(qū)域放大顯示結(jié)果。從圖中可以看出,經(jīng)過優(yōu)化后,邊緣更準(zhǔn)確,消除了鋸齒現(xiàn)象,并在一定程度上恢復(fù)了拐角信息。

為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)本文方法,采用ISPRS官方提供的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。采用的指標(biāo)包括基于面積(per-area)、目標(biāo)(per-object)、面積大于50 m2的目標(biāo)(per-object>50 m2)的完整率(%),正確率(%)以及質(zhì)量(%)(見文獻(xiàn)[25])。結(jié)果如表1所示,與ISPRS測試網(wǎng)站上其他方法結(jié)果的對(duì)比如表2所示。

表1 基準(zhǔn)數(shù)據(jù)提取結(jié)果

表2 與其他方法的結(jié)果對(duì)比

注:指標(biāo)取3個(gè)區(qū)域的平均值,加粗的數(shù)值為該列最佳值。

從表1和表2可以看出,本文方法具有一定的優(yōu)勢。對(duì)于基于面積的指標(biāo),本文方法取得了最優(yōu)的完整率,質(zhì)量指標(biāo)最高?;谀繕?biāo)的指標(biāo)中,正確率為100%,說明本文方法沒有誤檢目標(biāo),且完整率和質(zhì)量指標(biāo)也較優(yōu)異?;谀繕?biāo)面積大于50 m2的指標(biāo),全部達(dá)到了100%。此外,通過表1可以看出,本文方法對(duì)于3個(gè)環(huán)境差異較大的區(qū)域都取得了較好的提取結(jié)果,也說明了本文方法的穩(wěn)定性?;诿娣e的評(píng)價(jià)結(jié)果如圖4所示,黃色為正確提取,紅色為誤檢,藍(lán)色為漏檢。從視覺上看,本文方法取得了較好的結(jié)果。誤檢主要來自于建筑物附近的植被區(qū)域,主要是因?yàn)檫@些區(qū)域處于陰影之中,即使進(jìn)行了陰影增強(qiáng),也難以有效區(qū)分。漏檢建筑物主要為較低矮的建筑物,漏檢主要原因?yàn)椋河行┙ㄖ镙^矮小,只含有少量激光點(diǎn)而無法被提取,有些建筑物部分被植物遮擋而無法提取。此外,一些屋頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物以及在地面點(diǎn)濾波時(shí)錯(cuò)分為地面的建筑物也被漏檢。本文優(yōu)化建筑物邊緣信息時(shí),采用的是正射影像,因此,正射影像建筑物邊緣糾正的效果也對(duì)本文方法的結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

商圈利用共享的WIFI網(wǎng)絡(luò)形成與個(gè)體的直接聯(lián)系,進(jìn)而對(duì)商圈APP的下載使用進(jìn)行推廣,通過電子地圖、商圈導(dǎo)購和優(yōu)惠停車等多項(xiàng)便民服務(wù)加強(qiáng)APP的用戶黏度,為商圈內(nèi)商鋪的廣告和活動(dòng)推廣提供優(yōu)質(zhì)載體。同時(shí),通過與第三方APP(包括大眾點(diǎn)評(píng)等團(tuán)購、外賣平臺(tái))的信息進(jìn)行對(duì)接,提升用戶體驗(yàn)。

3.2.2 ISPRS Vaihingen全部數(shù)據(jù)結(jié)果

由于ISPRS Vaihingen全區(qū)域沒有提供參考數(shù)據(jù),因此筆者通過人機(jī)交互方式進(jìn)行了標(biāo)記。對(duì)于Vaihingen全區(qū)域測試了基于面積(per-area)、基于目標(biāo)(per-object)兩個(gè)指標(biāo),結(jié)果如表3 所示,基于面積的評(píng)價(jià)結(jié)果如圖5所示。

表3ISPRSVaihingen全部數(shù)據(jù)提取結(jié)果

Tab.3BuildingextractionresultsforwholeareaofISPRSVaihingen(%)

從表3和圖5可以看出,本文方法在全部大范圍數(shù)據(jù)上也表現(xiàn)出了較好的性能,說明本文方法具有一定的適應(yīng)性。從圖5中還可以看出,主要的漏檢建筑物面積較小,另外部分建筑物屋頂覆蓋了較多的植被也被漏檢。除了部分誤檢是由植被區(qū)域?qū)е乱酝?,還有部分誤檢是由于地面點(diǎn)在點(diǎn)云濾波時(shí)被錯(cuò)分為非地面,這部分區(qū)域被誤檢為建筑物。該區(qū)域右下角為工廠,有大量貨物堆積在空曠地面上,這些貨物也被誤檢為建筑物。

本文方法采用C++實(shí)現(xiàn),運(yùn)行環(huán)境為臺(tái)式機(jī)(Intel i5-3470CPU,主頻:3.20 GHz,內(nèi)存8 GB),對(duì)于3個(gè)測試區(qū)域的提取時(shí)間分別為12、15和14 s,全部區(qū)域的提取時(shí)間為660 s,其中耗時(shí)最多的步驟為點(diǎn)云幾何特征計(jì)算??傮w上看,本文方法具有較好的效率。

圖2 ISPRS Vaihingen試驗(yàn)數(shù)據(jù)Fig.2 Experiment data of ISPRS Vaihingen

圖3 建筑物邊緣優(yōu)化前后對(duì)比Fig.3 The effect of building boundary optimization

圖4 基準(zhǔn)數(shù)據(jù)基于面積的評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.4 Per-area evaluation results of benchmark data

圖5 ISPRS Vaihingen全部數(shù)據(jù)基于面積的評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.5 Per-area evaluati on result for whole area of ISPRS Vaihingen

4 結(jié) 論

本文基于圖割算法,提出融合LiDAR點(diǎn)云與正射影像的建筑物自動(dòng)提取方法。本文方法充分利用LiDAR點(diǎn)云與影像提供的幾何以及顏色特征,通過圖割算法進(jìn)行優(yōu)化,獲得了鄰域平滑一致的結(jié)果。綜合DSM和NDVI構(gòu)建能量函數(shù)平滑項(xiàng),有效防止了建筑物與植被區(qū)域的標(biāo)記過度傳播。利用影像分辨率高的特點(diǎn),基于前后景分割的方法進(jìn)一步優(yōu)化建筑物邊緣,獲得了更加準(zhǔn)確的邊緣信息。通過ISPRS Vaihingen地區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測試,并與其他方法進(jìn)行比較,證實(shí)了本文方法可以有效地提取建筑物,精度較高,具有一定的實(shí)用推廣價(jià)值。進(jìn)一步顧及建筑物邊緣的規(guī)則特性提高建筑物的檢測精度是下一步的研究內(nèi)容。

參考文獻(xiàn):

[1] KHOSHELHAM K, NARDINOCCHI C, FRONTONI E, et al. Performance Evaluation of Automated Approaches to Building Detection in Multi-source Aerial Data[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2010, 65(1): 123-133.

[2] TOMLJENOVIC I, H?FLE B, TIEDE D, et al. Building Extraction from Airborne Laser Scanning Data: An Analysis of the State of the Art[J]. Remote Sensing, 2015, 7(4): 3826-3862.

[4] MANNO-KOVACS A, SZIRANYI T. Orientation-selective Building Detection in Aerial Images[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2015, 108(1): 94-112.

[5] HUANG Xin, ZHANG Liangpei. Morphological Building/Shadow Index for Building Extraction from High-resolution Imagery over Urban Areas[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2012, 5(1): 161-172.

[6] 胡榮明, 黃小兵, 黃遠(yuǎn)程. 增強(qiáng)形態(tài)學(xué)建筑物指數(shù)應(yīng)用于高分辨率遙感影像中建筑物提取[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2014, 43(5): 514-520. DOI: 10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0084.

HU Rongming, HUANG Xiaobing, HUANG Yuancheng. An Enhanced Morphological Building Index for Building Extraction from High-resolution Images[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2014, 43(5): 514-520. DOI: 10.13485/j.cnki.11-2089.2014.0084.

[7] ZHANG Jixian, LIN Xiangguo, NING Xiaogang. SVM-based Classification of Segmented Airborne LiDAR Point Clouds in Urban Areas[J]. Remote Sensing, 2013, 5(8): 3749-3775.

[8] 徐文學(xué), 楊必勝, 魏征, 等. 多標(biāo)記點(diǎn)過程的LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)建筑物和樹冠提取[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2013, 42(1): 51-58.

XU Wenxue, YANG Bisheng, WEI Zheng, et al. Building and Tree Crown Extraction from LiDAR Point Cloud Data Based on Multi-marked Point Process[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2013, 42(1): 51-58.

[9] 徐文學(xué), 楊必勝, 董震, 等. 標(biāo)記點(diǎn)過程用于點(diǎn)云建筑物提取[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2014, 39(5): 520-525.

XU Wenxue, YANG Bisheng, DONG Zhen, et al. Building Extraction from Point Cloud Using Marked Point Process[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(5): 520-525.

[11] 管海燕, 鄧非, 張劍清, 等. 面向?qū)ο蟮暮娇沼跋衽cLiDAR數(shù)據(jù)融合分類[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2009, 34(7): 830-833.

GUAN Haiyan, DENG Fei, ZHANG Jianqing, et al. Object-based Fusion and Classification of Airborne Laser Scanning Data and Aerial Images[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2009, 34(7): 830-833.

[12] 程效軍, 程小龍, 胡敏捷, 等. 融合航空影像和LIDAR點(diǎn)云的建筑物探測及輪廓提取[J]. 中國激光, 2016, 43(5): 0514002.

CHENG Xiaojun, CHENG Xiaolong, HU Minjie, et al. Buildings Detection and Contour Extraction by Fusion of Aerial Images and LiDAR Point Cloud[J]. Chinese Journal of Lasers, 2016, 43(5): 0514002.

[13] ZAREA A, MOHAMMADZADEH A. A Novel Building and Tree Detection Method from LiDAR Data and Aerial Images[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2016, 9(5): 1864-1875.

[14] 程亮, 龔健雅. LiDAR輔助下利用超高分辨率影像提取建筑物輪廓方法[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2008, 37(3): 391-393, 399. DOI: 10.3321/j.issn:1001-1595.2008.03.021.

CHENG Liang, GONG Jianya. Building Boundary Extraction Using Very High Resolution Images and LiDAR[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2008, 37(3): 391-393, 399. DOI: 10.3321/j.issn:1001-1595.2008.03.021.

[15] GILANI S A N, AWRANGJEB M, LU Guojun. An Automatic Building Extraction and Regularization Technique Using LiDAR Point Cloud Data and Orthoimage[J]. Remote Sensing, 2016, 8(3): 258.

[16] AWRANGJEB M, FRASER C S. Automatic Segmentation of Raw LiDAR Data for Extraction of Building Roofs[J]. Remote Sensing, 2014, 6(5): 3716-3751.

[17] BOYKOV Y Y, JOLLY M P. Interactive Graph Cuts for Optimal Boundary & Region Segmentation of Objects in N-D Images[C]∥Proceedings of the 8th International Conference on Computer Vision. Vancouver: IEEE, 2001: 105-112.

[18] FERRARI S, FERRIGNO G, PIURI V, et al. Reducing and Filtering Point Clouds with Enhanced Vector Quantization[J]. IEEE Transactions on Neural Networks, 2007, 18(1): 161-177.

[19] HU Han, DING Yulin, ZHU Qing, et al. An Adaptive Surface Filter for Airborne Laser Scanning Point Clouds by Means of Regularization and Bending Energy[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2014, 92: 98-111.

[20] QIN Rongjun, FANG Wei. A Hierarchical Building Detection Method for Very High Resolution Remotely Sensed Images Combined with DSM Using Graph Cut Optimization[J]. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 2014, 80(9): 873-883.

[21] 帥滔, 張洪艷, 張良培. 面向?qū)ο蟮母叻直孢b感影像陰影探測方法[J]. 光子學(xué)報(bào), 2015, 44(12): 1228002.

SHUAI Tao, ZHANG Hongyan, ZHANG Liangpei. The Object-based Method of Shadow Detection in High-resolution Remote Sensing Imagery[J]. Acta Photonica Sinica, 2015, 44(12): 1228002.

[22] ZHOU Qianyi, NEUMANN U. Fast and Extensible Building Modeling from Airborne LiDAR Data[C]∥Proceedings of the 16th ACM SIGSPATIAL International Conference on Advances in Geographic Information Systems. Irvine: ACM, 2008: 1-8.

[23] HARALICK R M, SHANMUGAM K, DINSTEIN I. Textural Features for Image Classification[J]. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 1973, SMC-3(6): 610-621.

[24] BOYKOV Y, KOLMOGOROV V. An Experimental Comparison of Min-cut/Max-flow Algorithms for Energy Minimization in Vision[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2004, 26(9): 1124-1137.

[25] ROTTENSTEINER F, SOHN G, GERKE M, et al. Results of the ISPRS Benchmark on Urban Object Detection and 3D Building Reconstruction[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2014, 93: 256-271.

猜你喜歡
射影格網(wǎng)邊緣
實(shí)時(shí)電離層格網(wǎng)數(shù)據(jù)精度評(píng)估
三參數(shù)射影平坦芬斯勒度量的構(gòu)造
一張圖看懂邊緣計(jì)算
基于空間信息格網(wǎng)與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的災(zāi)損快速評(píng)估系統(tǒng)
基于已有控制資料的正射影像自動(dòng)更新
遙感信息(2015年3期)2015-12-13 07:26:50
基于改進(jìn)射影控制的柔性直流輸電廣域阻尼控制
平均Helmert空間重力異常格網(wǎng)構(gòu)制方法
基于位置服務(wù)的地理格網(wǎng)編碼設(shè)計(jì)
大比例尺真正射影像遮擋檢測和補(bǔ)償
在邊緣尋找自我
雕塑(1999年2期)1999-06-28 05:01:42
西平县| 丰宁| 哈尔滨市| 张家界市| 老河口市| 芮城县| 临高县| 桓仁| 靖江市| 德昌县| 南涧| 双辽市| 栾川县| 丹棱县| 荃湾区| 泊头市| 合肥市| 保靖县| 惠州市| 平顶山市| 嘉鱼县| 菏泽市| 伊春市| 高阳县| 玛多县| 大荔县| 嘉鱼县| 铁岭县| 伊宁市| 兴文县| 虞城县| 阿拉尔市| 洪雅县| 阳泉市| 樟树市| 南华县| 繁峙县| 平山县| 台中县| 固安县| 辛集市|