[发明专利]机载LiDAR点云中玻璃板漫反射噪声的去噪方法和系统

说明书

本发明公开了一种机载LiDAR点云中玻璃板漫反射噪声的去噪方法，包括：1、基于所有点云Ssubgt;all/subgt;估计点云中噪声点的高程范围Isubgt;noise/subgt;并构建候选噪声点集合Ssubgt;cand/subgt;；S2、对候选噪声点集合Ssubgt;cand/subgt;内的点进行时间约束的三维欧几里得聚类，构成聚类集合Ssubgt;allcluster/subgt;；S3、判断聚类集合Ssubgt;allcluster/subgt;中每个聚类是否为噪声点聚类，并将噪声点聚类从点云Ssubgt;all/subgt;中去除；S4、对去除噪声点聚类后的点云采用点状噪声去噪法去噪。该方法可以将LiDAR在高海拔工作时密封玻璃板漫反射造成的大片、连续分布，甚至可能与地面存在交叉的噪声点与非噪声点区分开，能够最大限度地去除噪声点且保留非噪声点。

技术领域

本发明属于机载激光雷达点云数据处理技术领域，具体涉及一种对在大飞行高度采集的LiDAR点云中，由玻璃板漫反射造成的噪声点进行去噪的方法。

背景技术

机载激光雷达(Light Detection And Ranging，LiDAR)已经成为陆地地形测绘的主要手段之一。通过在飞机平台上以极高频率发射激光脉冲并接收后向散射回波，配合高精度POS系统，可以快速获得大量散射面的三维坐标，得到的成果称为点云。

在对高原地区(例如青藏高原平均地形高程超过4000m)进行机载LiDAR测绘时，飞机的绝对飞行高度本身就比较高。如果设计的激光脉冲点密度较低，则航线与地面的相对高度可达4000m甚至5000m以上，飞机的绝对飞行高度可达7000m甚至8000m以上。有的LiDAR硬件可以在这么高的高度工作。但在这种高度空气稀薄、温度和气压偏低。为此，需要对机舱做密封处理，以防止舱内空气外泄，保证舱内气压温度满足机上人员生理需求。对LiDAR进行密封处理是机舱密封处理的重要一环。

在对LiDAR进行密封处理时，需要在激光发射器/接收器外安装透明平滑均匀的玻璃板用于密封。在LiDAR工作时，在玻璃板处，如果不考虑玻璃板对激光脉冲的吸收和散射，则激光脉冲可能发生透射、镜面反射和漫反射，如图1所示。对于玻璃板，要求其透射度高，即穿透玻璃板的激光脉冲功率占发射脉冲功率的比例越高越好，与此相对，要求镜面反射和漫反射的功率越低越好。要实现该目的，一来可以在玻璃板上涂抹防反射涂料，形成涂层，增强玻璃板对激光脉冲波长的透射能力；二来可以调整玻璃板的角度，避免激光脉冲以小入射角入射造成强烈的镜面反射或漫反射。但是，这两种做法都有问题。一般而言，某种涂料只能增强玻璃板对特定波长的透射能力，而不同LiDAR使用的波长不完全一样，这使得涂料的准备存在麻烦。涂料必须涂抹的非常均匀。如果不均匀，会导致透射出的激光脉冲功率不一致，影响回波信号的检测。此外，涂料的保存要求高。这使得目前在玻璃板上涂抹涂料的做法并非主流。调整玻璃板角度的方法不能完全消除玻璃板处的漫散射。玻璃板再平，相对于激光脉冲波长(微米级或亚微米级)来说，其粗糙度(普通玻璃以微米级居多)也不能完全忽略。玻璃板如果沾染灰尘，也可能导致漫反射增强。综上所述，如果使用了玻璃板，则很有可能在玻璃板处存在一定程度的漫反射，进一步地，如果入射激光脉冲在局部表面的入射角为0，则漫反射的激光脉冲也会进入激光接收器。

在激光接收器接收到回波后，需要判断接收到的是信号还是噪声。很明显，玻璃板漫反射的激光脉冲应被判断为噪声。但是，目前机载LiDAR广泛应用多脉冲技术，一个发射脉冲的回波信号还没被接收器接收到，后续的激光脉冲已被发射器发射出来，即同时在空中的激光脉冲有多个。在使用多脉冲技术工作时，通过玻璃板漫反射进入接收器的脉冲，可能与前期发射脉冲的回波在时间范围上发生重叠，即二者被激光接收器接收到的时间非常接近。如果二者的功率均超过背景噪声门限值，则LiDAR可能将漫反射造成的激光脉冲判断为正常信号，由此产生了噪声。