一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法，只利用機載LiDAR散亂點云數(shù)據(jù)即可提取水體輪廓線的方法，可以應(yīng)用于機載LiADR點云數(shù)據(jù)水體邊緣檢測。本發(fā)明方法簡單易行，執(zhí)行效率高,不利用其他輔助數(shù)據(jù)就能夠直接從機載Lidar點云中獲得水體輪廓線，能夠較為精確和全面的提取出水體。
【專利說明】
-種利用L i DAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種提取水體邊緣線的方法，特別設(shè)及一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取 水體邊緣線的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水是決定濕地存亡的必要條件，利用遙感技術(shù)獲取濕地水體面積對濕地具有重要 指示意義，遙感技術(shù)作為一種新型的空間對地觀測技術(shù)，一直被廣泛用于灘涂濕地的動態(tài) 監(jiān)測和資源調(diào)查。但傳統(tǒng)光學(xué)遙感技術(shù)在灘涂水體調(diào)查方面存在數(shù)據(jù)質(zhì)量受天氣狀況影響 嚴(yán)重、夜間無法工作W及植被覆蓋較濃郁區(qū)域光學(xué)遙感不能穿透植被等影響，因而光學(xué)遙 感技術(shù)在濕地應(yīng)用中受到一定限制。
[0003] 機載激光掃描探測系統(tǒng)是一種主動式對地觀測系統(tǒng)，具有高可靠性、高分辨率和 高精度等特征，已在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，將機載LiDAR技術(shù)應(yīng)用于濕地潛在儲水能力探 測方面具有較大前景，基于散亂點云數(shù)據(jù)的水體輪廓線精確提取則是獲得儲水能力的關(guān)鍵 步驟。目前，利用散亂點云數(shù)據(jù)直接提取出邊界點是邊緣提取算法的主要手段之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方 法，只利用機載LiDAR散亂點云數(shù)據(jù)即可提取水體輪廓線的方法，可W應(yīng)用于機載LiADR點 云數(shù)據(jù)水體邊緣檢測。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法，包括W下具體步驟：
[0007] 步驟1，讀取目標(biāo)區(qū)域的原始機載LiDAR點云數(shù)據(jù)，得到原始LiDAR點云數(shù)據(jù)的總個 數(shù)η;
[000引步驟2，確定格網(wǎng)劃分的步長并確定X方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)ηχ和ny;
[0009] 步驟3,遍歷步驟2中得到的nxXny個格網(wǎng)，根據(jù)格網(wǎng)內(nèi)點云的個數(shù)來判斷格網(wǎng)是否 為水體內(nèi)網(wǎng)格，并記錄每個水體內(nèi)網(wǎng)格的位置，從而得到所有水體內(nèi)網(wǎng)格及其位置，具體步 驟如下：
[0010] 301:令 w=l，v = l;
[0011] 302:對第W行第V列格網(wǎng)的四個頂點進(jìn)行編號，其中該網(wǎng)格的右下角頂點編號為1， 其他頂點按逆時針順序依次編號為2、3和4,利用公式4計算該格網(wǎng)1~4頂點的坐標(biāo)
[001 2] ( Xright, ydown)、( Xright, yup )、(Xleft, yup )芽口 (Xleft, ydown): -? = min Λ- + (u' -1) X skp r 1 =mm'v + u'xW(YJ
[001 引 占 ， （4) .1',/,,.,"=圓.、' + 0'-1)乂、邸 = min r + v step
[0014] 303:計算當(dāng)前格網(wǎng)內(nèi)點云的個數(shù)z，如果z > 5,則執(zhí)行步驟304;若z<5,則將當(dāng)前 格網(wǎng)標(biāo)記為水體內(nèi)格網(wǎng)，轉(zhuǎn)入步驟305;
[001引 304:令w = w+l，如果W如X，則V保持不變，返回步驟302;如果w>nx，則令w=l，v = v +1，返回步驟302;
[0016] 305:記錄每個水體內(nèi)網(wǎng)格的位置，從而得到所有水體內(nèi)網(wǎng)格及其位置；
[0017] 步驟4,逐個捜索步驟3得到的1個水體內(nèi)格網(wǎng)的八連通格網(wǎng)，獲得目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有 水陸交界格網(wǎng)，并確定所有水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點，具體步驟如下：
[001 引 401:令 1 = 1;
[0019] 402;將第I個水體內(nèi)格網(wǎng)作為種子格網(wǎng)，對種子格網(wǎng)的八連通格網(wǎng)進(jìn)行編號，其中 右下角格網(wǎng)編號為1，其他格網(wǎng)按逆時針方向依次編號為2~8;
[0020] 403:分別計算1~8號格網(wǎng)內(nèi)的點云個數(shù)h，若h> 5則將該格網(wǎng)標(biāo)記為水陸交界格 網(wǎng)；
[0021] 404:令I(lǐng) = 1 + 1，若I < 1則返回步驟402，否則終止迭代，從而得到目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有 水陸交界格網(wǎng)，執(zhí)行步驟405;
[0022] 405:確定步驟403中標(biāo)記的水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點；
[0023] 步驟5,逐個捜索步驟4得到的K個水陸交界格網(wǎng)，得到每個水陸交界格網(wǎng)的水體邊 緣點，具體步驟如下：
[0024] 501:令 t = l;
[0025] 502,任選一個第t個水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點作為種子頂點W1，采用K-D樹 組織種子頂點和該水陸交界格網(wǎng)內(nèi)的點云，利用最近鄰算法獲得種子頂點的最近鄰點，將 最近鄰點作為水體邊邊緣點的初始種子點01;
[0026] 503: W初始種子點01為起點，確定初始種子點01逆時針一側(cè)的水體邊緣點，具體步 驟如下：
[0027] 50301:采用k近鄰算法捜索初始種子點01在該水陸交界格網(wǎng)中的最近鄰點云點P1, P2, ...，pq，其中q為捜索到的最近鄰點云點的個數(shù)；
[0028] 50302:利用公式5計算初始角α〇;
[0029]
巧）
[0030] 式中，a為01和W1之間的距離，b為W1和W2之間的距離，C為01和W2之間的距離，W2為該 水陸交界格網(wǎng)中W1逆時針方向的下一個頂點；
[0031 ] 50303:利用公式6計算pi、wi和W2構(gòu)成的ZpiwiW2的度數(shù)，并記為cii;
[0032]
(6)
[0033] 式中，i = l，2, . . .，q;ai為Pi和W1之間的距離，b為W1和W2之間的距離，ci為Pi和W2之 間的距離；
[0034] 50304:從αι，α2，···，aq中選擇大于初始角α日的角，并將其對應(yīng)的最近鄰點云點重新 記為Ni，…，化，其中S為日1，日2,.….，aq中大于初始角α日的角的個數(shù)；
[0035] 50305:利用公式7計算ZNjOiwi的度數(shù)，并記為
[0036]
(7)
[0037] 式中，j = 1，2，…，s; Aj為Nj和01之間的距離，a為01和wi之間的距離，Cj為Nj和wi之間 的距離；
[003引50306:從&，&，…，氏中選擇度數(shù)最小的角，該角對應(yīng)的最近鄰點云點即為水體邊 緣點；
[0039] 50307:將步驟50306得到的水體邊緣點作為新的初始種子點，重復(fù)步驟50301~ 50306，繼續(xù)尋找下一個水體邊緣點，直至無新的水體邊緣點出現(xiàn)；
[0040] 504: W初始種子點01為起點，確定初始種子點01順時針一側(cè)的水體邊緣點，具體步 驟如下：
[0041 ] 50401:利用公式8計算初始角θ〇;
[0042]
(8)
[0043] 式中，a為01和W1之間的距離，e為W1和W3之間的距離，f為01和W3之間的距離，W3為該 水陸交界格網(wǎng)中W1順時針方向的下一個頂點；
[0044] 50402:利用公式9計算pi、wi和W3構(gòu)成的ZpiwiW3的度數(shù)，并記為目i:
[0045]
(9)
[0046] 式中，a功Pi和W1之間的距離，e為W1和W3之間的距離，f功Pi和W3之間的距離；
[0047] 50403:從Θι，θ2, ...，0q中選擇大于初始角θ〇的角，并將其對應(yīng)的最近鄰點云點重 新記為化，M2, . . .，Md，其中d為目1，目2,...，目q大于初始角目0的角的個數(shù)；
[004引 50404:利用公式10計算ZMuom的度數(shù)，并記為ω。：
[0049]
(10)
[0050] 式中，11=1,2, ···，(!; Du為Mu和01之間的距離，a為01和W1之間的距離，F(xiàn)u為Mu和W1之間 的距離；
[0051 ] 50405:從ωι，02, ...，cod中選擇度數(shù)最小的角，該角對應(yīng)的最近鄰點云點即為水 體邊緣點；
[0052] 50406:將步驟50305得到的水體邊緣點作為新的初始種子點，重復(fù)步驟50401~ 50405，繼續(xù)尋找下一個水體邊緣點，直至無新的水體邊緣點出現(xiàn)；
[0053] 505:整合步驟503和步驟504獲得的水體邊緣點，得到當(dāng)前水陸交界格網(wǎng)的所有水 體邊緣點；
[0054] 506,令t = t+l，若t含K，則返回步驟502,捜索下一個水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點； 若t >Κ，則終止迭代，執(zhí)行步驟6;從而得到所有水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點；
[0055] 步驟6,整合步驟5中得到的所有水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點，從而得到目標(biāo)區(qū)域 水體的邊緣圖像。
[0056] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟2中確定格網(wǎng)劃分的步長并確定X方向和y方 向格網(wǎng)的個數(shù)，具體步驟如下：
[0057] 201:預(yù)設(shè)每個格網(wǎng)期望包含的點云個數(shù)m;
[0化引 202:計算點云X方向的坐標(biāo)最小值min X和最大值max x，W及y方向的坐標(biāo)最小值 min y和最大值max y;
[0059] 203:計算目標(biāo)區(qū)域點云的平均密度；
[0060] 204:計算格網(wǎng)劃分的步長；
[0061] 205:計算X方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)，從而得到ny行nx列的格網(wǎng)。
[0062] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，利用公式1計算步驟203中的目標(biāo)區(qū)域點云的平均 密度，具體為：
[006；3]
(1)
[0064] 式中，0為目標(biāo)區(qū)域點云的平均密度。
[0065] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，利用公式2計算步驟204中的格網(wǎng)劃分的步長，具 體為：
[0066]
(2)
[0067] 式中，St邱為格網(wǎng)劃分的步長。
[0068] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，利用公式3計算步驟205中X方向和y方向格網(wǎng)的個 數(shù)，具體為：
[0069]
(3)
[0070] 式中，nx和ny分別為X方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)，fix表示截取尾數(shù)函數(shù)。
[0071] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟405中水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點即為： 水陸交界格網(wǎng)與種子格網(wǎng)的共同頂點。
[0072] 本發(fā)明采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果:本發(fā)明方法簡單 易行，執(zhí)行效率高，不利用其他輔助數(shù)據(jù)就能夠直接從機載LiDAB點云中獲得水體輪廓線， 能夠較為精確和全面的提取出水體。
【附圖說明】
[0073] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
[0074] 圖2是格網(wǎng)頂點編號方法。
[0075] 圖3是種子格網(wǎng)的八連通格網(wǎng)編號方法。
[0076] 圖4是捜索水體邊緣點的原理圖。
[0077] 圖5是原始機載LiDAR點云圖像。
[0078] 圖6是提取的水體邊緣圖像。
【具體實施方式】
[0079] 下面結(jié)合附圖W及具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0080] 如圖1所示，一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法，包括W下步驟：
[0081] 1、某湖泊區(qū)域的原始機載LiDAR點云圖像如圖5所示，讀取原始機載LiDAR點云數(shù) 據(jù)，點云數(shù)據(jù)的總個數(shù)η = 1244620。
[0082] 2、確定格網(wǎng)劃分的步長并確定X方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)，具體步驟如下：
[0083] 201:預(yù)設(shè)每個格網(wǎng)期望包含的點云個數(shù)k = 100;
[0084] 202:計算X方向最小值min X和最大值max x，W及Y方向最小值min y和最大值max y；
[0085] 204:利用公式1計算目標(biāo)區(qū)域的點云的平均密度ο:
[0086]
…
[0087] 205:利用公式2計算格網(wǎng)劃分的步長step:
[008引
似
[0089] 206:利用公式3計算X方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)，共得到了 ny行nx列個格網(wǎng)。
[0090]
〇)
[0091] 步驟3,遍歷109X113個格網(wǎng)，根據(jù)格網(wǎng)內(nèi)點云的個數(shù)來判斷格網(wǎng)是否為水體內(nèi)網(wǎng) 格，并記錄每個水體內(nèi)網(wǎng)格的位置，從而得到所有水體內(nèi)網(wǎng)格及其位置，具體步驟如下：
[0092] 301:令"=1，￥ = 1;
[0093] 302:對第W行第V列格網(wǎng)的四個頂點進(jìn)行編號，如圖2所示，其中該網(wǎng)格的右下角頂 點編號為1，其他頂點按逆時針順序依次編號為2、3和4,利用公式4計算該格網(wǎng)1~4頂點的 坐柄（Xright, ydown)、（ Xright, yup )、（ Xleft, yup )和（Xleft, ydown):
[0094]
C4)
[0095] 303:計算當(dāng)前格網(wǎng)內(nèi)點云的個數(shù)z，如果z ^，則執(zhí)行步驟304;若z<5,則將當(dāng)前 格網(wǎng)標(biāo)記為水體內(nèi)格網(wǎng)，轉(zhuǎn)入步驟305;
[0096] 304:令w = w+l，如果W < 109，則v保持不變，返回步驟302;如果w> 109，則令w= 1，V = v+l，返回步驟302;
[0097] 305:記錄每個水體內(nèi)網(wǎng)格的位置，從而得到所有水體內(nèi)網(wǎng)格及其位置。
[0098] 步驟4,逐個捜索步驟3得到的1個水體內(nèi)格網(wǎng)的八連通格網(wǎng)，獲得目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有 水陸交界格網(wǎng)，并確定所有水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點，具體步驟如下：
[0099] 401:令1 = 1;
[0100] 402;將第I個水體內(nèi)格網(wǎng)作為種子格網(wǎng)，對種子格網(wǎng)的八連通格網(wǎng)進(jìn)行編號，如圖 3所示，其中右下角格網(wǎng)編號為1，其他格網(wǎng)按逆時針方向依次編號為2~8;
[0101] 403:分別計算1~8號格網(wǎng)內(nèi)的點云個數(shù)h，若h> 5則將該格網(wǎng)標(biāo)記為水陸交界格 網(wǎng)；
[0102] 404:令I(lǐng) = 1 + 1，若I < 1則返回步驟402，否則迭代結(jié)束，從而得到目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有 水陸交界格網(wǎng)，執(zhí)行步驟405;
[0103] 405:確定步驟403中標(biāo)記的水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點，即為水陸交界格網(wǎng) 與種子格網(wǎng)的共同頂點。
[0104] 步驟5,逐個捜索步驟4得到K個水陸交界格網(wǎng)，得到每個水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣 點，如圖4所示，具體步驟如下：
[0105] 501:令 t = l;
[0106] 502,任選一個第t個水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點作為種子頂點W1，采用K-D樹 組織種子頂點和該水陸交界格網(wǎng)內(nèi)的點云，利用最近鄰算法獲得種子頂點的最近鄰點，將 最近鄰點作為水體邊緣點的初始種子點01;
[0107] 503: W初始種子點01為起點，確定初始種子點01逆時針一側(cè)的水體邊緣點，具體步 驟如下：
[0108] 50301:采用k近鄰算法捜索初始種子點01在該水陸交界格網(wǎng)中的最近鄰點云點P1, P2, ...，pq，其中q為捜索到的最近鄰點云點的個數(shù)；
[0109] 50302:利用公式5計算初始角α〇;
[0110]
(5)
[0111] 式中，a為01和W1之間的距離，b為W1和W2之間的距離，C為01和W2之間的距離，W2為該 水陸交界格網(wǎng)中W1逆時針方向的下一個頂點；
[Om] 50303:利用公式6計算pi、wi和W2構(gòu)成的ZpiwiW2的度數(shù)，并記為cii;
[0113]
(6)
[0114] 式中，i = 1,2, ···, q;ai為Pi和W1之間的距離，b為W1和W2之間的距離，Ci為Pi和W2之間 的距離；
[0115] 50304:從日1，日2, ...，aq中選擇大于初始角α日的角，并將其對應(yīng)的最近鄰點云點重 新記為化，...，化，其中S為αι，α2，···，α。大于初始角α〇的角的個數(shù)；
[0116] 50305:利用公式7計算Ζ Njoiwi的度數(shù)，并記為&:
[0117]
巧）
[011引式中，j = 1，2，…，S; Aj為Nj和01之間的距離，a為01和W1之間的距離，Cj為Nj和W1之間 的距離；
[0119] 50306:從βι，β2，...，氏中選擇度數(shù)最小的角，該角對應(yīng)的最近鄰點云點即為水體 邊緣點；
[0120] 50307:將步驟50306得到的水體邊緣點作為新的初始種子點，重復(fù)步驟50301~ 50306，繼續(xù)尋找下一個水體邊緣點，直至無新的水體邊緣點出現(xiàn)；
[0121 ] 504: W初始種子點01為起點，確定初始種子點01順時針一側(cè)的水體邊緣點，具體步 驟如下：
[0122] 50401:利用公式5計算初始角θ〇;
[0123]
(5)
[0124] 式中，a為01和W1之間的距離，e為W1和W3之間的距離，f為01和W3之間的距離，W3為該 水陸交界格網(wǎng)中W1順時針方向的下一個頂點；
[012引 50402:利用公式6計算pi、wi和W3構(gòu)成的ZpiwiW3的度數(shù)，并記為目i:
[012W
傲
[0127] 式中，iii為Pi和W1之間的距離，e為W1和W3之間的距離，f i為Pi和W3之間的距離；
[012引50403:從θι，θ2，···，θ。中選擇大于初始角θ0的角，并將其對應(yīng)的最近鄰點云點重新 記為Mi，M2，一，Md，其中d為目1，目2,…，目q大于初始角目0的角的個數(shù)；
[0129] 50404:利用公式7計算ZMuom的度數(shù)，并記為ω。：
[0130]
C7)
[0131] 式中，u=l，2, ···，(!; Du為Mu和01之間的距離，a為01和W1之間的距離，F(xiàn)u為Mu和W1之間 的距離；
[0132] 50405:從ωι，02, ...，cod中選擇度數(shù)最小的角，該角對應(yīng)的最近鄰點云點即為水 體邊緣點；
[0133] 50406:將步驟50305得到的水體邊緣點作為新的初始種子點，重復(fù)步驟50401~ 50405，繼續(xù)尋找下一個水體邊緣點，直至無新的水體邊緣點出現(xiàn)；
[0134] 505:整合步驟503和步驟504獲得的水體邊緣點，得到當(dāng)前水陸交界格網(wǎng)的所有水 體邊緣點；
[0135] 506，令t = t+1，若t含K，則返回步驟502，捜索下一個水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點； 若t >Κ，則終止執(zhí)行，執(zhí)行步驟6;從而得到所有水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點。
[0136] 步驟6,整合步驟5中得到的所有水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點，從而得到目標(biāo)區(qū)域 水體的邊緣圖像，如圖6所示。
[0137] 從圖5和圖6可W看出，在不利用其他輔助數(shù)據(jù)的情況下，本發(fā)明就能夠直接從原 始機載LiDAR點云圖像中獲取到水體的輪廓點云數(shù)據(jù)，而且提取的點云圖像能夠較為精確 和全面地體顯示水體的輪廓。
[0138] W上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該W權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法，其特征在于，包括以下具體步驟： 步驟1，讀取目標(biāo)區(qū)域的原始機載LiDAR點云數(shù)據(jù)，得到原始LiDAR點云數(shù)據(jù)的總個數(shù)η; 步驟2，確定格網(wǎng)劃分的步長并確定X方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)ηχ和ny; 步驟3,遍歷步驟2中得到的nxXny個格網(wǎng)，根據(jù)格網(wǎng)內(nèi)點云的個數(shù)來判斷格網(wǎng)是否為水 體內(nèi)網(wǎng)格，并記錄每個水體內(nèi)網(wǎng)格的位置，從而得到所有水體內(nèi)網(wǎng)格及其位置，具體步驟如 下： 301:令 w= 1，v= 1; 302:對第w行第v列格網(wǎng)的四個頂點進(jìn)行編號，其中該網(wǎng)格的右下角頂點編號為1，其他 頂點按逆時針順序依次編號為2、3和4,利用公式4計算該格網(wǎng)1~4頂點的坐標(biāo)（Xright， ydown)、( Xright，yup )、(Xleft，yup )矛口 (Xleft，ydown):303:計算當(dāng)前格網(wǎng)內(nèi)點云的個數(shù)z，如果z 2 5，則執(zhí)行步驟304;若z <5，則將當(dāng)前格網(wǎng) 標(biāo)記為水體內(nèi)格網(wǎng)，轉(zhuǎn)入步驟305; 304:令w = w+l，如果w < nx，則v保持不變，返回步驟302;如果w>nx，則令w=l，v = v+l， 返回步驟302; 305:記錄每個水體內(nèi)網(wǎng)格的位置，從而得到所有水體內(nèi)網(wǎng)格及其位置； 步驟4,逐個搜索步驟3得到的1個水體內(nèi)格網(wǎng)的八連通格網(wǎng)，獲得目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有水陸 交界格網(wǎng)，并確定所有水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點，具體步驟如下： 401:令 1 = 1; 402;將第I個水體內(nèi)格網(wǎng)作為種子格網(wǎng)，對種子格網(wǎng)的八連通格網(wǎng)進(jìn)行編號，其中右下 角格網(wǎng)編號為1，其他格網(wǎng)按逆時針方向依次編號為2~8; 403:分別計算1~8號格網(wǎng)內(nèi)的點云個數(shù)h，若h 2 5則將該格網(wǎng)標(biāo)記為水陸交界格網(wǎng)； 4〇4:令1 = 1 + 1，若1<1則返回步驟402,否則終止迭代，從而得到目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有水陸 交界格網(wǎng)，執(zhí)行步驟405; 405:確定步驟403中標(biāo)記的水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點； 步驟5,逐個搜索步驟4得到的K個水陸交界格網(wǎng)，得到每個水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣 點，具體步驟如下： 501:令 t = l; 502,任選一個第t個水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點作為種子頂點W1，采用K-D樹組織 種子頂點和該水陸交界格網(wǎng)內(nèi)的點云，利用最近鄰算法獲得種子頂點的最近鄰點，將最近 鄰點作為水體邊緣點的初始種子點〇 1; 503:以初始種子點〇1為起點，確定初始種子點〇1逆時針一側(cè)的水體邊緣點，具體步驟如 下： 50301:采用k近鄰算法搜索初始種子點〇1在該水陸交界格網(wǎng)中的最近鄰點云點Pl， p2, ...，pq，其中q為搜索到的最近鄰點云點的個數(shù)； 50302:利用公式5計算初始角α〇:式中，a為01和W1之間的距離，b為W1和W2之間的距離，C為01和W2之間的距離，W2為該水陸 交界格網(wǎng)中W1逆時針方向的下一個頂點； 50303 :利用公式6計算pi、wi和W2構(gòu)成的ZpiwiW2的度數(shù)，并記為ai:式中，i = l，2，'"，q; ai為pi和wi之間的距離，b為wi和W2之間的距離，Ci為pi和W2之間的距 離； 50304:從αι，α2, ...，aq中選擇大于初始角α〇的角，并將其對應(yīng)的最近鄰點云點重新記為 Ni, . . .，NS，其中sSaia〗，...，aq中大于初始角α〇的角的個數(shù)； 50305:利用公式7計算Z Nj〇1W1的度數(shù)，并記為氏：式中，」=1，2，一，8;4」為％和01之間的距離，3為01和￥1之間的距離，(^為％和￥1之間的距 離； 50306:從如，02，···，隊中選擇度數(shù)最小的角，該角對應(yīng)的最近鄰點云點即為水體邊緣 占. 50307:將步驟50306得到的水體邊緣點作為新的初始種子點，重復(fù)步驟50301~50306， 繼續(xù)尋找下一個水體邊緣點，直至無新的水體邊緣點出現(xiàn)； 504:以初始種子點〇1為起點，確定初始種子點〇1順時針一側(cè)的水體邊緣點，具體步驟如 下： 50401:利用公式8計算初始角θ0:式中，a為οι和wi之間的距離，e為wi和W3之間的距離，f為οι和W3之間的距離，W3為該水陸 交界格網(wǎng)中W1順時針方向的下一個頂點； 50402 :利用公式9計算pi、wi和W3構(gòu)成的ZpiwiW3的度數(shù)，并記為9i:式中，ai為pi和wi之間的距離，e為wi和W3之間的距離，f i為pi和W3之間的距離； 50403:從...，0q中選擇大于初始角θ〇的角，并將其對應(yīng)的最近鄰點云點重新記為 Miifc，…，Md，其中d為θιθ%…，0q大于初始角θ〇的角的個數(shù)； 50404:利用公式10計算ZMuOiwi的度數(shù)，并記為ωυ:式中，u=l，2，···，d;Du為1和〇1之間的距離，a為οι和wi之間的距離，F(xiàn)u為M u和wi之間的距 離； ω2, . . .，cod中選擇度數(shù)最小的角，該角對應(yīng)的最近鄰點云點即為水體邊 緣點； 50406:將步驟50305得到的水體邊緣點作為新的初始種子點，重復(fù)步驟50401~50405， 繼續(xù)尋找下一個水體邊緣點，直至無新的水體邊緣點出現(xiàn)； 505:整合步驟503和步驟504獲得的水體邊緣點，得到當(dāng)前水陸交界格網(wǎng)的所有水體邊 緣點； 506，令t = t+Ι，若t < K，則返回步驟502，搜索下一個水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點；若t >K，則終止迭代，執(zhí)行步驟6;從而得到所有水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點； 步驟6,整合步驟5中得到的所有水陸交界格網(wǎng)的水體邊緣點，從而得到目標(biāo)區(qū)域水體 的邊緣圖像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法，其特征在 于，步驟2中確定格網(wǎng)劃分的步長并確定X方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)，具體步驟如下： 201:預(yù)設(shè)每個格網(wǎng)期望包含的點云個數(shù)m; 202:計算點云X方向的坐標(biāo)最小值min X和最大值max X，以及y方向的坐標(biāo)最小值min y和最大值max y; 203:計算目標(biāo)區(qū)域點云的平均密度； 204:計算格網(wǎng)劃分的步長； 205:計算X方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)，從而得到ny行nx列的格網(wǎng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法，其特征在 于，利用公式1計算步驟203中的目標(biāo)區(qū)域點云的平均密度，具體為：式中，σ為目標(biāo)區(qū)域點云的平均密度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法，其特征在 于，利用公式2計算步驟204中的格網(wǎng)劃分的步長，具體為：式中，step為格網(wǎng)劃分的步長。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法，其特征在 于，利用公式3計算步驟205中X方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)，具體為：式中，nx和ny分別為X方向和y方向格網(wǎng)的個數(shù)，f i X表示截取尾數(shù)函數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用LiDAR點云數(shù)據(jù)提取水體邊緣線的方法，其特征在 于，步驟405中水陸交界格網(wǎng)位于水體內(nèi)的頂點即為：水陸交界格網(wǎng)與種子格網(wǎng)的共同頂 點。
【文檔編號】G06T7/00GK105825506SQ201610143722
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月14日
【發(fā)明人】賈東振, 何秀鳳
【申請人】河海大學(xué)