[发明专利]一种基于LiDAR数据与正射影像的3维屋顶重建方法

摘要

本发明属于影像处理方法领域，公开了一种基于LiDAR数据与正射影像的3维屋顶重建方法。本方法包括以下步骤：（1）基于三角形簇的LiDAR点屋顶面片分割；（2）基于LiDAR数据与正射影像的屋脊线提取；（3）3维屋顶模型重建。本方法面向3维屋顶模型精细重建的需求，集成LiDAR数据与高分辨率影像，综合利用LiDAR数据高程特性与影像高分辨率特性的互补优势，以“屋顶面片分割-屋脊线提取-3维屋顶模型重建”为主线，实现了基于三角形簇的LiDAR点屋顶面片分割算法、基于LiDAR数据与正射影像的屋脊线提取算法，形成了一种3维屋顶模型重建的新方法，实验证明本方法建模的自动化程度高，正确性和完整性较高、定位精度较高，符合实际应用需求。

主权项

一种基于LiDAR数据与正射影像的3维屋顶重建方法，包括以下步骤：步骤1：基于三角形簇的LiDAR点屋顶面片分割，首先对LiDAR数据进行预处理，包括重采样和中值滤波；对于预处理后的LiDAR点，使用基于格网索引的生长算法，实现对大量LiDAR点的不规则三角网的快速生成；对于生成的Delaunay三角网，在三角形法向量法进行筛选的基础上，进一步采用基于三角形簇的点法向量估计技术，通过相邻点法向量的差异分析，探测建筑物顶部变化之处，并结合三角网边的高差和倾斜度信息剔除部分噪声；为了从复杂的线数据中有效形成屋顶各个面片，采用基于分叉点的简化方法以及基于间断点的连接方法，最终生成屋顶面片； 步骤2：基于LiDAR数据与正射影像的屋脊线提取，把LiDAR数据与影像套合，根据LiDAR内插外扩的结果进行影像工作区的建立；利用Edison算子和Hough变换提取建筑物范围内的边缘线数据；通过对每条边缘线数据构建左右多边形，根据点面空间关系确定落在左右多边形内的LiDAR点，对比左右多边形的LiDAR点分布情况，选取出位于建筑物屋脊线附近的线；为了进一步简化屋脊线，对于近似平行且距离较近的屋脊线进行融合；通过屋脊线的自延伸与轮廓线相交构成一个个面片，两两比较面片内的LiDAR点，若都来自于同一屋顶面片，则合并两个面，最终可以得到准确的屋脊线数据；步骤3：3维屋顶模型重建，获取落在每个屋顶面片内的LiDAR点，使用随机采样一致性算法拟合3维屋顶面片；屋顶面片数据与屋脊线面片数据套合，实现两种面片数据的一一对应，利用拟合面片方程以及屋脊线角点的平面坐标计算屋脊线角点的3维坐标；使用ArcEngine的MultiPatch类实现3维屋顶模型的重建。