一种机载激光测深系统自动增益控制强度异常改正方法

本发明涉及光学测深，特别是涉及一种机载激光测深系统自动增益控制强度异常改正方法。

背景技术：

1、机载激光测深系统(airborne laserbathymetry，alb)发射具有独特水体穿透能力绿激光而被广泛用于水深测量，除了地形数据，alb还记录了地物目标的后向散射强度，可用于条带配准，海底底质分类和高级几何建模。

2、然而，由于agc的设计局限，增益值调整存在延缓，对于裸露岩石、水域等高返回、低返回目标较多的海岛海岸带区域，强度补偿异常问题格外突出，使得地物强度数据存在局部区域强度存在异常，与周围地物强度数据过渡不自然。已有的机载激光测深强度数据改正和应用相关研究中还没有针对该问题提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种机载激光测深系统自动增益控制强度异常改正方法。本发明解决了现有技术中对于裸露岩石、水域等高返回、低返回目标较多的海岛海岸带区域，使得地物强度数据存在局部区域强度异常的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种机载激光测深系统自动增益控制强度异常改正方法，包括：

4、建立索引共享机制，所述索引共享机制包括：待扫描区域中各点的坐标数据、强度数据和发射角参数；

5、对所述待扫描区域进行水、陆点云分割，得到陆域点云和水域点云；

6、对所述水域点云进行分割，得到水面点云和水底点云；

7、基于所述索引共享机制对所述水面点云对应的坐标数据、强度数据和发射角参数进行剔除，得到剔除后的所述点云对应的坐标数据、强度数据和发射角参数；

8、根据剔除后的所述点云对应的发射角参数，基于所述索引共享机制对所述剔除后的所述点云对应的坐标数据、强度数据进行扫描周期分割，其中，一个扫描周期对应一条扫描线；

9、对各个相邻的所述扫描线进行相关性判断，确定强度补偿异常扫描区；

10、根据邻域联合加权方法，对各个所述强度补偿异常扫描区的各扫描线强度进行改正，得到改正后的图像。

11、优选地，所述建立索引共享机制包括:

12、利用载激光测深系统获取待扫描区域的las文件；

13、对所述las文件进行解析得到待扫描区域的各点的坐标数据、强度数据和发射角参数；

14、利用所述坐标数据、强度数据和发射角参数建立索引共享机制。

15、优选地，所述对所述待扫描区域进行水、陆点云分割，得到陆域点云和水域点云，包括：

16、通过最低高程搜索，确定最深水域位置；

17、将所述最深水域位置设定为中心，搜索此中心第一领域范围内的最高高程，得到第一阈值；

18、利用所述第一阈值进行水和陆点云分割，得到陆域点云和水域点云。

19、优选地，所述对所述水域点云进行分割，得到水面点云和水底点云，包括：

20、对所述水域点云进行格网划分，分别计算各格网范围内最高点和最低点的高程均值，得到第二阈值；

21、判断各格网范围内水域点云的高程是否大于所述第二阈值，若是，则为水面点云，若否，则为水底点云。

22、优选地，所述对各个相邻的所述扫描线进行相关性判断，确定强度补偿异常扫描区，包括：

23、提取各个相邻的所述扫描线的强度数据；

24、根据所述各个相邻的所述扫描线的强度数据计算相邻所述扫描线的皮尔逊相关系数；

25、判断所述皮尔逊相关系数是否大于第三阈值，若是，则第n+1条所述扫描线为正常扫描线；若否，则第n+1条所述扫描线为补偿异常扫描线；

26、根据所述补偿异常扫描线，确定每两条强度补偿异常扫描线之间的扫描区域为强度补偿异常扫描区。

27、优选地，所述根据所述各个相邻的所述扫描线的强度数据计算相邻所述扫描线的皮尔逊相关系数，包括：

28、计算第n条扫描线的强度数据的均值；

29、计算第n+1条扫描线的强度数据的均值；

30、根据第n条扫描线的强度数据的均值和第n+1条扫描线的强度数据的均值计算所述各个相邻的所述扫描线的强度数据计算相邻所述扫描线的皮尔逊相关系数。

31、优选地，所述根据邻域联合加权方法，对各个所述强度补偿异常扫描区的各扫描线强度进行改正，得到改正后的图像，包括：

32、利用采用均匀采样的方法采集异常区域内第n条扫描线和第n+1条扫描线的采样数据；

33、分别计算两份采样数据的强度均值及均值之间的偏差；

34、根据所述两份采样数据的强度均值及所述强度均值之间的偏差，依次计算该异常扫描线中各个采样数据的邻域反距离加权均值；

35、根据所述各个采样数据的邻域反距离加权均值构建该点的邻域联合加权强度改正方程并定义目标函数，通过最小二乘方法确定邻域联合加权强度改正方程参数；

36、根据邻域联合加权强度改正方程依次对当前agc补偿异常扫描线所有强度数据进行改正，得到改正后的图像。

37、优选地，所述根据所述两份采样数据的强度均值及所述强度均值之间的偏差，依次计算该异常扫描线中各个采样数据的邻域反距离加权均值，包括：

38、分别以采样点为圆心，以点云空间分辨率的2.5倍为半径，以100度为圆心角，以垂直扫描线且指向正常强度区为方向的区域定义为该点的邻域范围，计算该范围的强度反距离加权均值。

39、优选地，所述改正方程的表达式为:

40、

41、其中，w1和w2为权值，为t1条扫描线，第j个点改正后强度值，为改正前强度，为邻域强度反距离加权平均值，δit1-1,t1为条带t1-1和条带t1之间的强度偏差。

42、优选地，所述目标函数的表达式为:

43、其中，

44、其中，为tn条带均匀采样30个点中第t个点对应的改正后的强度,为该点的邻域强度反距离加权平均值，δitn-1,tn为条带tn-1和tn之间强度均值偏差，为tn-1条带中与点距离最近的点的强度。

45、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

46、本发明提供了一种机载激光测深系统自动增益控制强度异常改正方法，通过对las文件解析获取机载激光测深记录的强度属性值、发射角参数和点云坐标数据，并建立索引共享机制；通过点云坐标信息完成水、陆点云分割，进而对水域点云构建格网均值分割方法实现水面、水底点云分割，基于索引共享机制实现水面点坐标、强度和发射角剔除，进而对坐标和强度进行合并；根据发射角进行扫描线分割，进而实现强度数据和坐标数据进行扫描线分割，以扫描线为单位计算相邻扫描线的皮尔逊相关系数，设置阈值，实现agc补偿异常扫描线区间确定；设计邻域联合加权方法对agc补偿异常扫描线进行改正，最终得到过渡自然，能有效表达地物属性的机载激光测深系统强度数据，有助于进一步进行海底底质物分类、海洋空间信息完善。