一种用于建筑物立面边界特征点提取的凸包三角网算法

基于现存凸包算法较难提取建筑物立面点云中的边界特征点等问题，提出一种构建凸包三角网的建筑物立面边界特征点提取算法。首先利用k近邻搜索算法查找每个点的近邻点，并通过主成分分析方法估算各点的法向量。然后将各点的近邻点投影到局部拟合平面，使用罗德里格法进行旋转获得二维投影点。最后利用凸包算法在求解边界特征点的基础上构建凸包三角网，并获得各三角形中近邻点占地率并统计各三角形的顶角值，得到剩余边界特征点。采用模拟和实测点云数据进行试验，并与改进的凸包算法和基于点的算法进行对比，结果表明，该算法能够提高建筑立面边界特征点提取的准确性和完整性，具有较强的适用性。     

空间边界缓冲区切片曲线拟合在点云空洞修补中的应用

针对现存的点云空洞修补算法中先精确提取空洞边界,再根据边界邻域点集信息修补空洞的过程,提出了一种基于空洞边界缓冲区切片曲线拟合的空洞修补方法。该方法首先基于不同K邻域内点集的重心变化和密度聚类提取空洞边界缓冲区点集,建立提取点集的局部坐标系;然后采用Householder变换使点集局部坐标系z轴与全局坐标系Z轴平行;最后沿着两个正交的方向切片,根据切片上的点进行曲线拟合并插值出空洞区域点。采用斯坦福大学三维扫描库中的bunny点云数据进行计算分析,基于修补后新增点集到原始空洞内被裁剪点集拟合曲面的距离来定量分析空洞的修补精度,其中闭合空洞和岛屿空洞修补后新增点集到曲面的平均距离分别为0.001 7和0.001 2 m。将本文方法与商用软件Geomagic的修补效果进行对比,结果表明本文方法在闭合空洞类型和岛屿空洞类型中的修补结果可以更好地保存局部区域特征。     

共享近邻聚类算法点云面线提取

针对激光点云数据进行建筑物建模或矢量信息提取中快速识别建筑物面和棱线信息的要求,该文提出基于共享近邻聚类算法进行建筑物面和棱线的快速提取方法。首先,计算点云中每个数据点的单位法向量和点到基准面的距离,利用基于网格的共享近邻聚类算法对点云进行分类确定建筑物面点云;然后,自动判别相交平面,提取建筑物棱线,并与RANSAC算法对某建筑物面的提取结果进行比较。结果证明,该方法自动化程度高,建筑物面和棱线提取快速、准确,提取结果能够应用于三维建筑物自动建模和测绘出图。     

基于空间圆模型的隧道全局中轴线提取方法

隧道中轴线不仅能够检核隧道竣工测量,而且在隧道变形监测中其精度直接影响横断面提取的准确性。本文提出一种精确提取隧道全局中轴线的方法:首先将隧道三维点云投影至水平面形成平面点云,并采用Delaunay三角网算法获取点云边界;其次利用点云边界中转折点间的距离与隧道直径的关系提取出隧道边界线;然后依据隧道边界和中心的几何关系提取出水平中轴线,并以此提取隧道横断面;最后对隧道横断面进行空间圆模型拟合生成隧道中轴线。通过实验分析,本文方法能够适应于长距离、弯曲型隧道,为隧道中轴线提取研究提供借鉴依据。     

影像边缘特征与LS-SVM的点云边缘残缺区域修补方法

针对点云修补过程中点云边缘的残缺区域边界信息的不确定性问题,本文提出了一种基于影像边缘特征与LS-SVM的点云边缘残缺区域修补方法:首先将影像与点云进行配准,并利用亚像素边缘检测算法提取目标边缘特征;然后构造一特征平面,同时将训练样本集与目标边缘特征投影至该平面,以确定重采样范围与点位;通过利用最小二乘支持向量机回归方法,获得残缺区域的曲面方程并进行重采样,最终完成修补。实验证明,该方法得到的修补点云与原始数据融合平滑,修补效果符合实际目标的特征。     

多因素参与的3D特征点检测方法

针对现有3D特征点提取方法易造成边界点遗漏和尖锐点错判的问题,提出一种基于多因素参数的3D特征点检测方法.首先在3D特征点提取过程中,利用相邻投影法向夹角的大小提取边界点,以保证边界的完整性;其次针对点云尖锐点的提取,通过将k邻域中曲率权值、法向量夹角均值和距离均值用于定义特征点识别参数;然后根据曲率最大值和相邻点间的距离均值定义3D特征点识别阈值,并将识别参数与阈值进行比较而判定特征点;最后将所提出的方法分别与现有的基于曲率和法向量的3种方法进行实证分析比较,实验结果表明,基于多因素参与的3D特征点检测方法能够有效识别出点云尖锐点,并且能够保证边界点的完整性.     

基于二维投影的散乱点云曲面重建

为降低点云曲面重建的复杂度,提出了一种基于二维投影的散乱点云曲面重建方法。首先利用点云的局平特性把点云投影到二维平面,然后在二维平面上对点云进行Delaunay三角剖分,并将拓扑连接关系映射到三维空间,最后剔除三角网格模型中的非流形三角面片得到点云模型重建结果。实验结果表明,只需获取散乱点云的坐标信息,该算法就能够重建出结构形态正确、保留物体细节信息的三维模型,且该算法原理简单、容易实现,降低了曲面重建复杂度,提高了曲面重建效率。     

机载激光雷达点云的城市建筑物直线特征提取方法

提出一种城市机载激光雷达点云的直线特征提取方法。首先基于曲率的区域增长方法分割三维点云平面, 对每个点云平面进行二维投影,并进行网格化和二值化。其次通过稳健的二维线段检测方法获得平面的线特征,将 二维线段重投影至三维空间得到相应的三维线段,构造线特征集。最后对线特征集构建基于固定网格的直线空间 索引方法,实现基于线特征的点云索引。实验结果表明,该方法直线提取误差较低,相对平面相交法效率更高,能够 有效提取城市建筑物的直线特征,通过索引提高了特征查询效率,可满足高精度区域分割和三维建模的需求。     

一种多尺度拟合曲面的LiDAR数据建筑物脚点提取方法

针对现有的建筑物点云提取方法,提出一种基于多尺度拟合曲面算法的LiDAR数据建筑物脚点提取方法。采用顾及地形的TIN滤波算法对地面点和非地面点进行分类;对非地面点集进行多尺度曲面拟合,提取建筑物候选点云;通过分析最大重叠边界矩阵MOBR和阈值条件(如距地高程和最小面积等)剔除具有类似几何和表面特性的人造物(如桥梁、车辆和防护堤等),实现建筑物点云的提取。使用国际摄影测量与遥感协会(ISPRS)提供的Vaihingen和Toronto两块测试数据进行评估,基于面积和目标的平均质量分别达到91.6%、93.1%、84.8%和86.5%。实验结果表明,该方法能够稳健地提取建筑物点云,具有较高的正确性和完整性。     

一种基于投影变换的深度图像生成算法

深度图像的表示是实现三维目标识别、配准等工作的前提。针对地面三维激光扫描得到的点云数据,提出一种基于投影变换的深度图像生成算法。采用投影变换将三维点沿观察坐标系的法向量投影到观察平面上,使投影向量和观察平面垂直,这样观察点和观察平面间的距离就不会影响物体的投影大小和形状,有效避免了"失真"现象的发生。利用灰度图像生成深度图像,使用方案对地面激光扫描系统获取的建筑物实验数据进行具体处理。结果表明,文中基于投影变换的图像生成方法更能直观地反映建筑物表面的几何分布特征,为后续特征的提取奠定基础。     

平面点集凸包Graham算法的改进

本文提出了一种计算平面点集最小凸包的快速算法。该算法首先对平面点集进行扫描,查找到最左、最右、最上、最下4个方向上的极值点,以此构造出一个初始凸包,并删除初始凸包内部的所有点;然后把剩余点集分组,每组运用格雷厄姆(Graham)算法生成一个新的凸包;最后将所有子集凸包的顶点看作一个新的点集,再次运用Graham算法生成最终凸包。测试结果表明,改进后的算法可较大幅度地提高执行效率。     

MapInfo系统线(面)目标缓冲区构建模型存在的问题及其改进方法

通过对由MapInfo系统生成的几个典型的点和线(面)目标缓冲区实例的深入剖析,发现了MapInfo系统在线(面)目标缓冲区构建模型中存在的问题。在对其原因进行深入分析与验证的基础上,给出了具体的改进思路和方法。一方面为GIS用户避免对MapInfo系统的线(面)目标缓冲区分析工具的滥用,以及提高空间分析的精度和可信度提供了具体的改进方法与建议;另一方面又为有关软件开发人员研制新版MapInfo系统及其他GIS软件提供了有益的参考。     

基于凸壳构造技术的领海基点选取问题研究

领海基点的选取数量及其空间点位分布的不同,对海域划界结果有着重要的影响.在传统的领海基点选取工作中缺乏一种有效的用于检验选取方案优劣的数学模型,因而这一工作中存在着不确定性因素.为了解决这个问题,提出了利用最小凸包(凸壳)构造技术实现领海基点最优选取的思路和方法,并在此基础上对某群岛的领海基点选取方案作了实例分析.     

带有边界条件的Delaunay三角网生成算法的研究与实现

Delaunay三角网是构建数字地形模型的主要途径,凸壳是构造Delaunay三角网的基础,一般的凸壳构造方法找到的凸壳为最少点的多边形,但也有多点在一条边界边上的情况。在Delaunay三角网生成算法的基础上,提出了一种新的查找凸壳的算法并导出了带有边界条件的Delaunay三角网生成算法。通过实际数据的测试,表明该算法是有效的。     

一种分形模型的机载InSAR DEM空洞填补方法

针对如何提高机载InSAR DEM空洞填补精度和DEM对地形细节描述的难题,该文对分形模拟的中点位移插值函数做了改进。首先,提出了动态分形参数提取思路,根据选定的窗口动态提取局部分形参数,使提取的分形参数局部精度显著提高。其次,提出了分形曲面中心内插法,以正方形为图像基元,将两点信息扩展到8点信息来充分显示局部变化的细节信息;考虑到对采样点点数和位置的要求,结合距离加权平均法来弥补周围不够8点的特殊情况。最后,以国产机载X波段全极化InSAR影像提取的DEM为数据源进行了实验。实验结果表明,相比传统的中点分形内插法,该方法不仅能有效提高空洞填补精度,且能更好地描述地形的细节信息。     

基于单应矩阵约束的黑白棋盘格角点提取

针对Harris算子提取棋盘格角点存在的问题,提出基于单应矩阵的黑白棋盘格角点提取方法.方法首先通过人机交互确定角点提取范围以及计算单应矩阵;然后根据单应矩阵将物方平面上其他点映射到影像上以确定初始的角点位置;最后以初始点位为基准,根据最小距离法确定最终Harris算子角点提取结果.实验结果表明,文中提出算法能有效提取黑白棋盘格角点.     

Building segmentation and outline extraction from UAV image-derived point clouds by a line growing algorithm

ABSTRACT

This paper presents an approach to process raw unmanned aircraft vehicle (UAV) image-derived point clouds for automatically detecting, segmenting and regularizing buildings of complex urban landscapes. For regularizing, we mean the extraction of the building footprints with precise position and details. In the first step, vegetation points were extracted using a support vector machine (SVM) classifier based on vegetation indexes calculated from color information, then the traditional hierarchical stripping classification method was applied to classify and segment individual buildings. In the second step, we first determined the building boundary points with a modified convex hull algorithm. Then, we further segmented these points such that each point was assigned to a fitting line using a line growing algorithm. Then, two mutually perpendicular directions of each individual building were determined through a W-k-means clustering algorithm which used the slop information and principal direction constraints. Eventually, the building edges were regularized to form the final building footprints. Qualitative and quantitative measures were used to evaluate the performance of the proposed approach by comparing the digitized results from ortho images.     

一种可见光影像稠密匹配点云的单栋建筑物提取方法

建筑物点云提取是城市快速三维建模的基础。针对城区中建筑物和树木空间距离较近导致建筑物点云误提取的问题,提出一种颜色约束的欧式聚类算法。该方法利用低空拍摄可见光影像进行三维重建、获取点云数据,在建立点云K邻域索引和表面估计的基础上,以曲率最小的点作为欧式聚类的种子点,将点云的RGB值转换成Lab颜色模型,对建筑物点云的聚类提取进行约束。实验表明,该方法可以有效地解决可见光影像匹配点云中建筑物提取时将树木误提取的问题。     

简单多边形间最大距离的求解算法

求解任意两个简单多边形间的最大距离,在几何图形计算中,一直是一个基本问题。在对多边形自身的特性以及两多边形间关系进行深入分析的基础上,提出了一个基于折线凸包的单调性的简单多边形间最大距离的求解算法。根据封闭折线内部所具有的特性,把封闭折线拆分成两个断开的折线,使一条折线在另一条折线左边。两个多边形分别被拆分成四条折线,两个分为一组。分别求出每组中两条折线的凸包,利用凸包的单调性可以快速地找出两个距离最远的顶点,其中较大的是两个简单多边形间的最大距离。算法的时间复杂度是线性的。     

基于最小外接矩形的遥感影像建筑物轮廓优化方法

深度学习提取高分辨率遥感影像中的建筑物信息容易受到物体周围的阴影、植被等噪声干扰而使结果存在边界锯齿化、建筑物整体不规整等问题.本文提出了利用符合建筑物边界轮廓的最小外接矩形最大限度地拟合建筑物轮廓的思路.首先利用深度学习和建筑物验证处理得到的建筑物信息,对建筑物边界利用垂距法进行多边形的拟合;然后对多边形的最小外接矩...