基于小波變換去噪的激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于小波變換去噪的激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)處理方法，本發(fā)明在小波變換去除噪音的基礎(chǔ)上，根據(jù)激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)符合高斯分布的特征，利用改進(jìn)的EM（Expectation-Maximization）算法高斯分解激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并得到森林參數(shù)。
【專利說(shuō)明】 基于小波變換去噪的激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)載激光雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于小波變換去噪的激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)載激光掃描是一個(gè)迅速成長(zhǎng)的地形測(cè)繪技術(shù)。機(jī)載激光掃描大多數(shù)都重復(fù)對(duì)地球表面發(fā)射紅外脈沖，通過(guò)光學(xué)接收器檢測(cè)返回傳感器的一部分能量。由一個(gè)計(jì)時(shí)器來(lái)測(cè)量脈沖在激光傳感器與地球表面之間的往返時(shí)間，通過(guò)這個(gè)往返時(shí)間可以求得傳感器到地表的距離，加上經(jīng)過(guò)集成的POS系統(tǒng)和大約2000萬(wàn)?4000萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)，使得該技術(shù)在一些使用傳統(tǒng)攝影測(cè)量方法進(jìn)行地形測(cè)繪比較困難的地區(qū)，如植被覆蓋區(qū)、海岸帶、島礁地區(qū)等等，發(fā)揮著不可替代的作用。
[0003]第一個(gè)商業(yè)機(jī)載激光掃描儀只能記錄一個(gè)后向散射脈沖的時(shí)間。如果在激光光斑里只有一個(gè)目標(biāo)那僅僅一個(gè)脈沖記錄是足夠的，在這種情況下返回脈沖可以簡(jiǎn)單地說(shuō)明地物。但是對(duì)小的激光光斑(0.2-2米)來(lái)說(shuō)，在激光脈沖的傳播路徑里可能有若干地物產(chǎn)生各自的后向散射脈沖。已經(jīng)有更加先進(jìn)的激光掃描儀能夠記錄多次回波，一般的商業(yè)激光掃描儀可以記錄首次和末次回波，有些甚至可以記錄超過(guò)5次。但這種工作方式對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是無(wú)法獲得任何與有關(guān)設(shè)備本身相關(guān)的一些信息的，如如何根據(jù)回波信號(hào)定位，電子設(shè)備和地物結(jié)構(gòu)對(duì)獲取的回波信號(hào)的形狀和大小有何影響，回波信號(hào)如何被量化成幾次離散脈沖信號(hào)等等。設(shè)備制造商往往將脈沖探測(cè)和量化方法作為商業(yè)機(jī)密而保密，另一方面，機(jī)載激光雷達(dá)的光斑設(shè)計(jì)得越來(lái)越小，這樣每束激光產(chǎn)生多次回波的數(shù)量也進(jìn)一步增加，這對(duì)脈沖探測(cè)和量化方法提出了更大的挑戰(zhàn)。曾有文獻(xiàn)指出，探測(cè)和量化方法不同，可以引起成果的誤差。
[0004]解決上述問(wèn)題的途徑是將發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)均以很小的采樣間隔進(jìn)行采樣并記錄，而不僅僅是記錄若干次離散的回波信號(hào)。這樣的采樣記錄方式即所謂的全波形數(shù)字化記錄，這種類型的激光雷達(dá)系統(tǒng)稱為waveform-digitizing LIDAR0事實(shí)上早在上世紀(jì)90年代，NASA開(kāi)發(fā)的一些機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)具備這個(gè)能力，比如SLICER (ScanningLidar Imager of Canopies by Echo Recover)和 LVIS (Laser Vegetation ImagingSensor)。還有一些星載激光雷達(dá)系統(tǒng)如GLAS也具有全波形記錄能力。不過(guò)這些都是非商業(yè)系統(tǒng)。作為商業(yè)用途，該技術(shù)在2004年才被奧地利的RIEGL公司所采用，其開(kāi)發(fā)出的LiteMapper-5600系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)和森林應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，目前商業(yè)化的機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)如Toposys Falconlll、Leica ALS-1I> Optech ALTM3100E 等，均配有全波形數(shù)字化儀。與硬件發(fā)展相比，波形數(shù)據(jù)的分析和處理方法的研究卻相對(duì)滯后。這一方面是由于波形數(shù)據(jù)尚未真正普及，另一方面由于波形數(shù)據(jù)的分析與具體應(yīng)用關(guān)系密切，分析方法要面向應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于小波變換去噪的激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)處理方法，本方法在小波變換去除噪音的基礎(chǔ)上，根據(jù)激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)符合高斯分布的特征，利用改進(jìn)的EM (Expectation-Maximization)算法高斯分解激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并得到森林參數(shù)。
[0006]本發(fā)明提供的一種基于小波變換去噪的激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)處理方法，包括:
[0007]步驟1:獲取激光雷達(dá)的波形數(shù)據(jù)X (n)，n=0, I, 2…N_1 ；
[0008]步驟2:采用小波變換濾波對(duì)波形數(shù)據(jù)X(n)進(jìn)行分解，得到:
【權(quán)利要求】
1.一種基于小波變換去噪的激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟1:獲取激光雷達(dá)的波形數(shù)據(jù)X (n)，n=0, I, 2…N_1 ； 步驟2:采用小波變換濾波對(duì)波形數(shù)據(jù)X(n)進(jìn)行分解，得到:
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103761443SQ201410042476
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】李奇, 周偉 申請(qǐng)人:李奇, 中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所, 北京千尋百合科技發(fā)展有限公司