可变半径Alpha Shapes提取机载LiDAR点云建筑物轮廓

• 作者: 伍阳 王丽妍 胡春霞 程亮
• 来源期刊: 中国图象图形学报
• 关键词: 机载激光雷达(LiDAR) 点云 建筑物轮廓 Alpha Shapes算法 网格
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 所属期刊栏目: 图像理解和计算机视觉|Image Understanding and Computer Vision
• 页码范围: 910-923
• 页数: 14页
• 分类号: P237
• 语种: 中文

摘要

目的 机载激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)能够快速获取建筑物表面的3维点云,为提取建筑物轮廓提供重要的数据支撑,但由于激光脚点的随机性和点云自身的离散性,常规固定半径Alpha Shapes(A-Shapes)算法难以兼顾轮廓提取的精细度和完整度,且在点数量较大情况下计算效率较低.因此,提出一种基于网格的可变半径Alpha Shapes方法用于提取机载LiDAR点云建筑物轮廓.方法 对3维点云进行投影降维,对投影后2维离散点的范围构建规则格网,接着根据网格内点云填充情况筛选出边界网格,计算边界网格的平滑度并加权不同的滚动圆半径,再以边界网格为中心生成3×3邻域网格检测窗口,利用滚动圆原理提取窗口内点集的边界点,迭代检测直到所有边界网格遍历完成,最后获取点云的完整轮廓.结果 在精度评价实验中,与固定半径A-Shapes方法和可变半径Alpha Shapes(variable radius Alpha Shapes,VA-Shapes)方法相比,若建筑物以直线特征为主且边缘点云参差不齐,则本文方法的提取效果不理想;若建筑物含有较多拐角特征,则本文方法的提取效果较好.在效率评价实验中,与A-Shapes方法、VA-Shapse方法以及包裹圆方法相比,若点云数据量较小,则4种方法的耗时差距不大;若数据量较大,则本文方法和包裹圆方法的耗时远小于固定半径A-Shapes方法.实验结果表明,本文提出的轮廓提取方法适用于多种形状的建筑物点云.从轮廓完整性、几何精度以及计算效率等几方面综合考虑,本文方法提取建筑物点云轮廓效果较好.结论 本文提出的基于网格的可变半径Alpha Shapes建筑物点云轮廓提取方法结合了网格划分和滚动圆检测的优点,能够有效提取机载LiDAR建筑物点云顶部轮廓,具有较高的提取效率和良好的鲁棒性,提取的轮廓精度较高.