一种基于航带重叠区域的LiDAR强度校正方法

本发明涉及遥感影像领域，尤其涉及一种基于航带重叠区域的lidar强度校正方法。

背景技术：

目前，对于三维地形和地表物体需要通过机载激光雷达扫描技术来分析，对于激光雷达飞行任务来说，按照飞行区域的范围，通常需要进行多个航带的扫描，航带之间存在一定的重叠区。

lidar强度信息的校正研究最早由luzum(2004)提出，他指出影响lidar强度信息的各类因素，并针对传播距离这一参数进行校正研究。此后，学者们分别提出了不同的校正方法，主要可归结为三类：基于理论模型的校正、基于经验模型的校正和基于已知参照目标的校正。基于理论模型的校正主要基于雷达方程中的各个参数进行校正，然而，理论模型是在一定的假设及理想条件下反映强度衰减的机理，实际数据采集过程及条件往往更为复杂，基于理论模型的校正能减缓误差但精度仍不理想；基于经验模型的校正方法主要根据真实数据及处理中出现的问题，用统计学的方法来控制强度中的噪声或提出适当的约束条件建立数学模型进行校正，但该方法从样本数据的选择到模型的建立需要大量人工干预；基于已知参照目标的校正需要事先准备大量样本，基于先验知识进行校正，对于地物属性未知的数据无法使用该方法。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种基于航带重叠区域的lidar强度校正方法，该方法能够实现对航带重叠区域的激光雷达强度进行校正。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于航带重叠区域的lidar强度校正方法，具体包括如下步骤：

步骤1：对lidar强度数据进行预处理，采用以下公式：

其中，ia为预处理后的强度，ir为实际接收到的强度，r为激光传播距离，rs为航高，ηatm为大气衰减因子，θ为入射角。

步骤2：消除航带重叠区lidar强度差异：

采用以下公式计算消除差异后的航带重叠区lidar强度：

ib＝ia·ρ·r^a·10^2br(cosθ)^c(2)

其中，ib为消除差异后的lidar强度，a、b、c为校正参数。

优选地，在步骤2中，需要计算a、b、c的值，步骤如下：

步骤21：获取航带重叠区域的同名点，在同名点处，两航带的lidar强度相同，即

ibp＝ibq(3)

其中，p、q为重叠区域中两个航带中分别对应同名点的两个点，ibp、ibq为p、q两个点经过差异化处理后的lidar强度；

步骤22：将公式(2)代入到公式(3)，得到以下公式：

步骤23：通过获取的多组同名点，计算出a、b、c；

步骤24：将计算得出的a、b、c代入到公式(2)；

步骤25：利用步骤24中得到的公式消除相邻航带的重叠区的差异。

优选地，在步骤21中，又具体包括如下步骤：

步骤211：获取两个航带重叠区域内的点集xⁱ和x^j；

步骤212：获取点集xⁱ中每个点与点集x^j中距离最近的点，将两个点集中距离最近的点作为同名点。

优选地：在步骤212中，以点集xⁱ中每个点为圆心，以设定的距离为半径为圆，获取位于所述圆内的点集x^j中的点与圆心的距离，将与圆心距离最小的点集x^j中的点认为与对应圆心处的点集xⁱ的点是同名点。

本方法解决了传统方法人工干预过多自动化程度低下的问题，并基于同名样本建立校正模型消除航带间的强度差异实现无缝拼接。

附图说明

图1为获取同名点的原理图；

图2(a)为校正前的两航带图；

图2(b)为校正后的两航带图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

一种基于航带重叠区域的lidar强度校正方法，具体包括如下步骤：

步骤1：对通过激光雷达获取的激光雷达强度数据进行预处理。

采用以下公式：

其中，ia为预处理后的强度，ir为实际接收到的强度，r为激光传播距离，rs为航高，ηatm为大气衰减因子，ηatm＝10^-2ar/10000，θ为入射角。

步骤2：消除航带重叠区lidar强度差异。

采用以下公式获取消除差异后的重叠区lidar强度：

ib＝ia·ρ·r^a·10^2br(cosθ)^c(2)

其中ib为消除差异后的重叠区lidar强度，ρ为照射目标反射率，a、b、c为校正参数。

采用以下步骤获取a、b、c的值。

步骤21：识别航带重叠区域的同名点。

获取各航带覆盖范围并自动选出重叠区域，设其中一个航带数据为xⁱ，其中属于重叠区的点集为与所述一个航带重叠的另一个航带的数据为x^j，其中属于重叠区的点集为n，m分别为两重叠区内各航带点的个数。获取点集xⁱ中每个点与点集x^j中最近的点，并将点集xⁱ中与点集x^j最近的点作为同名点，即认为距离最近的点属于或者应该属于同一点。具体地，以点集xⁱ中每个点为圆心，以设定距离为半径，获取所限定的圆中所包含的点集x^j中的点与圆心距离，距离圆心最小的点认为与圆心上的点是同名点。

在同名点处：

ibp＝ibq(3)

其中，p、q为航带重叠区域中为同名点的两个点，ibp、ibq为p、q两个点经过差异化处理后的lidar强度，公式(3)表示航带重叠区域中为同名点的两个点的激光雷达强度是相同的；

步骤22，将公式(2)代入到公式(3)：

通过几组同名点代入上述公式能够解算出a、b、c校正参数，将得到的a、b、c校正参数，代入到公式(2)，这样就可以对整个重叠区域消除差异。

通过步骤2能够实现对重叠区激光雷达强度差异的消除以及无缝拼接，其实就是将前后两次拍摄获取的图像由于环境等的影响造成的同一点的图像不一致，通过步骤2将本应该属于同一点的图像校正成同一点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。