地面三维激光扫描数据分割方法研究

摘要

三维城市模型（3D City Models,简称3DCM）是建设数码城市的基本内容之一，具有更加直观、更加逼真的视觉效果。由于三维城市模型的建立需要大量的第三维空间数据和纹理数据,因此城市空间信息的获取、管理和更新就成为“数字城市”建设的基础工程。城市空间数据的获取有航空摄影测量、卫星遥感等，其中激光扫描仪以快速、实时、精确的特点，在“数字城市”建设中发挥着越来越重要的作用。激光扫描数据处理是充分发挥扫描仪作用的关键。
　　对地面三维激光扫描数据的分割作为三维特征提取和物体识别、定位中的一个重要步骤，也一直是一个研究热点问题。在三维激光扫描数据中进行分割可以更好的进行关键地物提取、分析和识别，分割的准确性直接影响后续任务的有效性，具有十分重要的意义。本文研究内容是国家“863”计划“分布式海量多源空间信息的可视化研究”(2006AA12Z220)的子课题“建筑物纹理重建”的一部分，进行地面三维激光扫描数据的分割的研究工作。本文根据地面三维激光扫描数据的结构及目标物的几何特点，在对区域生长算法和基于图论的影像分割算法分析的基础上，分析了两种算法的不足，提出了一种基于反射值影像的地面三维激光扫描数据的分割方法，并根据激光扫描数据的强度信息对新提出的方法进行改进。该方法可以分为四步：（1）利用反射值强度信息从点云数据中直接生成反射值影像；（2）利用基于图论的方法对反射值影像进行分割；（3）根据分割后的影像自动选取种子点，以种子点的法向量和邻域点的强度信息作为生长条件，利用区域生长法分割点云数据；（4）将上述两种分割结果相结合，不同的种子点使用不同的分割阈值对点云数据进行分割，从而取得满意的结果。
　　本文提出的点云分割方法对种子点的自动选取和分割阈值的选取进行了改进，并加入了反射值强度信息作为生长条件，可以有效的分割出点云数据中的目标物体，使得分割结果更加精确。与其它分割方法相比，它能够迅速地找到目标物体，并能较为准确地分割出目标及其边缘，不受背景的干扰，能够为进一步的目标识别提供方便。最后通过试验论证本文方法的有效性。

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Content

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究技术路线与方法

1.4 主要内容与结构安排

2 三维激光扫描仪的测距原理及其数据结构

2.1 三维激光扫描仪

2.2 三维激光扫描仪的测距原理

2.3 三维激光扫描仪的数据结构

3 基于反射值影像的点云分割方法研究

3.1 区域生长点云分割方法

3.2 基于图论的影像分割方法

3.3 基于反射值影像的点云分割方法

3.4 加入反射强度信息作为生长条件的基于反射值影像的点云分割方法

4 点云分割原型系统设计与实验分析

4.1 点云分割原型系统设计

4.2 点云分割算法实验与分析

5 结论与展望

5.1 主要研究成果和创新点

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果