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机载激光雷达回波强度成像

时间:2022-10-14 百科知识 版权反馈
【摘要】:机载激光雷达回波强度成像同距离成像类似,将离散的强度信息格网生成规则数字阵列,每个像素值代表该点对应的激光强度。如每块地里种植了不同的庄稼,或者每块庄稼地的土质存在差异,通过激光回波强度信息成像后,都能在图像中有所反映,这就有可能利用机载激光雷达技术监测庄稼的生长情况和土地的使用情况等。

7.1 机载激光雷达回波强度成像

地面介质表面的反射系数决定了激光回波能量的多少。地面介质对激光的反射系数取决于激光的波长、介质材料以及介质表面的明暗黑白程度。反射介质的表面越亮,反射率就越高。实验表明,沙土等自然介质表面的反射率一般为10%~20%;植被表面的反射率一般为30%~50%;冰雪表面的反射率一般为50%~80%。表5-1给出了一些常见介质对激光的反射率。利用激光回波信号的强度数据形成的图像能识别出路和草地及农场等。Elberink等人(2001)利用激光脚点的反射率分类离地面较近的地物,如道路、草地、庄稼地等。

目前,已有不少系统在测定激光脚点三维位置坐标的同时能记录该激光脚点位置反射信号的强度信息。本节主要讨论利用激光回波信号的强度进行成像,采用图像处理的算法对激光强度图像进行地物分类或提取城市郊区与乡村道路的可行性。

机载激光雷达回波强度成像同距离成像类似,将离散的强度信息格网生成规则数字阵列,每个像素值代表该点对应的激光强度。就目前机载激光雷达系统来讲,激光回波强度信号变化幅度很大,有些值为几个单位,有些值为几千个单位,甚至有些“粗差”强度值为上万个单位,所以如果不进行任何处理,直接将所有的强度数据格网内插,并将其表现为伪彩色图像,成像非常模糊,只能看到一些隐隐约约的明显地物的大致轮廓。如果对这种图像进行相关处理,几乎得不到所需要的信息,见图7-1(a)(彩色插页),其对应的强度频数直方图见图7-1(b)(彩色插页),绝大部分激光反射强度聚集在0~500之间。如果将大于1000的认为是粗差并将其剔除,其强度图像会有明显改善,见图7-1(d)所示(彩色插页)。

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图7-1 强度成像

目前的研究表明,单纯利用激光强度信息进行地物识别和提取还具有一定的困难。除非相邻地物介质属性有明显的差异(包括材质、明暗、表面光滑度等),那么激光脉冲经它们反射后,强度会出现明显差异,如图7-1(d)中道路和道路两边的植被。当然,以上表现规律只是一种统计规律,并不是每个像素都满足这种统计上的强度变化规律,在道路区域内的像素也可能出现强度值同道路两边植被区域内像素的强度值一样的情形,反之亦然。而对于城市郊区和乡村,基础设施和建筑物相对较少,道路两边一般都覆盖有植被或庄稼,路面和道路两边的介质属性差别很大,利用强度图像是能够将道路提取出来的。图7-2给出了激光回波强度图像7-1(d)(已经过前面的粗差剔除以及图像的均衡化处理)利用Canny算子进行道路边界提取的结果。

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图7-2 Canny算子边界提取结果

若每种地物介质比较均匀,且相邻地物区域的介质属性有明显差异,就能利用激光回波信号的强度信息进行地物的分类。如每块地里种植了不同的庄稼,或者每块庄稼地的土质存在差异,通过激光回波强度信息成像后,都能在图像中有所反映,这就有可能利用机载激光雷达技术监测庄稼的生长情况和土地的使用情况等。图7-3(见彩图插页)给出了具体的一片庄稼地的激光强度图像。该图像初步显示了利用激光回波强度信息进行耕地利用情况分类等的潜在应用。

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图7-3 真实航片和强度影像

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