Please wait a minute...
 
国土资源遥感  2018, Vol. 30 Issue (2): 87-92    DOI: 10.6046/gtzyyg.2018.02.12
     技术方法 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
面向对象的倾斜摄影测量点云分类方法
何雪(), 邹峥嵘, 张云生, 杜守基, 郑特
中南大学地球科学与信息物理学院,长沙 410083
Object-oriented classification method for oblique photogrammetric point clouds
Xue HE(), Zhengrong ZOU, Yunsheng ZHANG, Shouji DU, Te ZHENG
School of Geosciences and Info-Physics,Central South University, Changsha 410083, China
全文: PDF(3177 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

随着影像密集匹配方法的发展,目前可以从多视倾斜航空影像获得大量类比于激光扫描数据密度甚至精度的点云,但获取结果以着色的点云为主,缺乏分类信息。针对此问题,提出了一种面向对象的倾斜摄影测量点云分类方法。首先,计算单点特征向量; 然后,利用SLIC(simple linear iterative clustering)算法将点云对应的影像分割成超像素,再根据点云和影像间的关系,将点云聚类成超体素对象,并计算每个对象的特征向量; 在此基础上,采用随机森林算法对超体素进行分类; 最后,根据语义信息对分类结果进行后处理获得最终的点云分类结果。2组典型实验数据结果表明,总体分类精度分别达到91.2%和88.1%,比基于单点的分类方法分别提高了2.3%和8.2%。

服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
何雪
邹峥嵘
张云生
杜守基
郑特
关键词 点云分类点云特征倾斜影像面向对象随机森林    
Abstract

With the development of image dense matching method, point clouds can be obtained from multi-view oblique aerial images, whose accuracy and density can be comparable with LiDAR point clouds. However, the currently derived colored point clouds lack classification information. In view of such a situation, this paper proposes an object-based classification method for oblique photogrammetric point clouds. The first step of this method is to calculate features of each point. Then, SLIC algorithm is used to divide the corresponding image into super-pixels. After that, point clouds are clustered into super-voxels as objects according to the relationship between point clouds and images, and features of each object are calculated afterwards. Random forests algorithm is used to classify these super-voxels. Finally, contextual information is adopted to optimize the initial classification results. Two sets of data were employed for evaluating the proposed method, and the overall accuracy could reach up to 91.2% and 88.1% respectively, which improves the precision by 2.3% and 8.2% compared with the point-based classification.

Key wordspoint clouds classification    features of point clouds    oblique image    object-oriented    random forests
收稿日期: 2016-09-20      出版日期: 2018-05-30
:  P231  
基金资助:卫星测绘技术与应用国家测绘地理信息局重点实验室开放基金项目“卫星影像与稀疏三维点联合高精度处理方法研究”(编号: KLSMTA-201505);国家重点基础研究发展计划资助项目(“973”计划)“高分辨率遥感影像的目标特征描述与数学建模”(编号: 2012CB719903);国家自然科学基金项目“自适应三角形约束的多角度影像多基元匹配方法”(编号: 41201472);水能资源利用关键技术湖南省重点实验室开放基金项目“近景摄影测量库岸滑坡监测关键技术研究”(编号: PKLHD201310)
引用本文:   
何雪, 邹峥嵘, 张云生, 杜守基, 郑特. 面向对象的倾斜摄影测量点云分类方法[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(2): 87-92.
Xue HE, Zhengrong ZOU, Yunsheng ZHANG, Shouji DU, Te ZHENG. Object-oriented classification method for oblique photogrammetric point clouds. Remote Sensing for Land & Resources, 2018, 30(2): 87-92.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2018.02.12      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2018/V30/I2/87
Fig.1  本文方法流程
Fig.2  数据源
数据编号 m 点云总体
对象数量
训练数据集 测试数据集
屋顶 地面 植被 立面 屋顶 地面 植被 立面
第1组 80 000 39 097 111 107 53 111 440 426 210 441
100 000 48 002 136 129 62 133 543 515 247 531
150 000 69 504 195 183 86 184 776 728 340 736
第2组 80 000 41 586 62 52 55 48 245 205 218 192
100 000 51 606 73 63 65 57 292 250 256 227
150 000 76 218 104 88 95 80 415 352 378 316
  实验数据集
评价指标 第1组 第2组
m=80 000 m=100 000 m=150 000 m=80 000 m=100 000 m=150 000
Kappa系数 0.963 2 0.986 6 0.977 2 0.978 2 0.979 1 0.969 8
分类精度/% 97.30 99.02 98.33 98.37 98.44 97.74
Tab.2  分类器训练结果
Fig.3  数据特征重要性
Fig.4  分类结果可视化
分类方法 第1组 第2组
基于单点的分类方法 88.9 79.9
面向对象的分类方法 90.0 84.9
面向对象的分类方法优化后 91.2 88.1
Tab.3  总体分类精度
Fig.5  错误分类示例
[1] Hirschmüller H.Accurate and efficient stereo processing by semi-global matching and mutual information[C]//Proceedings of 2005 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition.San Diego,USA:IEEE, 2005: 807-814.
[2] Hirschmüller H . Stereo processing by semiglobal matching and mutual information[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2008,30(2):328-341.
doi: 10.1109/TPAMI.2007.1166
[3] Wehr A, Lohr U . Airborne laser scanning:An introduction and overview[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 1999,54(2/3):68-82.
doi: 10.1016/S0924-2716(99)00011-8
[4] Xu S, Vosselman G, Elberink S O . Multiple-entity based classification of airborne laser scanning data in urban areas[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2014,88:1-15.
doi: 10.1016/j.isprsjprs.2013.11.008
[5] Gerke M, Xiao J . Fusion of airborne laser scanning point clouds and images for supervised and unsupervised scene classification[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2014,87:78-92.
doi: 10.1016/j.isprsjprs.2013.10.011
[6] Guan H Y, Li J, Chapman M , et al. Integration of orthoimagery and Lidar data for object-based urban thematic mapping using random forests[J]. International Journal of Remote Sensing, 2013,34(14):5166-5186.
doi: 10.1080/01431161.2013.788261
[7] 徐宏根, 王建超, 郑雄伟 , 等. 面向对象的植被与建筑物重叠区域的点云分类方法[J]. 国土资源遥感, 2012,24(2):23-27.doi: 10.6046/gtzyyg.2012.02.05.
doi: 10.6046/gtzyyg.2012.02.05
Xu H G, Wang J C, Zheng X W , et al. Object-based point clouds classification of the vegetation and building overlapped area[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2012,24(2):23-27.doi: 10.6046/gtzyyg.2012.02.05.
[8] Rothermel M, Haala N. Potential of dense matching for the generation of high quality digital elevation models [C]//International Archives of the Photogrammetry,Remote Sensing and Spatial Information Sciences.Hannover,Germany:ISPRS, 2011: 331-343.
[9] Debella-Gilo M, Bjørkelo K, Breidenbach J , et al.Object-based analysis of aerial photogrammetric point cloud and spectral data for land cover mapping[C]//Proceedings of 2013 International Archives of the Photogrammetry,Remote Sensing and Spatial Information Sciences,Volume XL-1/W1.Hannover,Germany:ISPRS, 2013: 63-67.
[10] Xiao J, Gerke M, Vosselman G . Building extraction from oblique airborne imagery based on robust façade detection[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2012,68:56-68.
doi: 10.1016/j.isprsjprs.2011.12.006
[11] Rau J Y, Jhan J P, Hsu Y C . Analysis of oblique aerial images for land cover and point cloud classification in an urban environment[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2015,53(3):1304-1319.
doi: 10.1109/TGRS.2014.2337658
[12] Gerke M, Xiao J .Supervised and unsupervised MRF based 3D scene classification in multiple view airborne oblique images[C]//Proceedings of 2013 ISPRS Annals of the Photogrammetry,Remote Sensing and Spatial Information Sciences.Antalya,Turkey:ISPRS, 2013: 25-30.
[13] 孙杰, 赖祖龙 . 利用随机森林的城区机载LiDAR数据特征选择与分类[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2014,39(11):1310-1313.
Sun J, Lai Z L . Airborne LiDAR feature selection for urban classification using random forests[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014,39(11):1310-1313.
[14] Hu H, Ding Y L, Zhu Q , et al. An adaptive surface filter for airborne laser scanning point clouds by means of regularization and bending energy[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2014,92:98-111.
doi: 10.1016/j.isprsjprs.2014.02.014
[15] Rothermel M, Wenzel K, Fritsch D , et al.SURE:Photogrammetric surface reconstruction from imagery[C]//Proceedings of 2012 LC3D Workshop.Berlin,Germany:[s.n], 2012: 1-9.
[16] Achanta R, Shaji A, Smith K , et al. SLIC superpixels compared to state-of-the-art superpixel methods[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2012,34(11):2274-2282.
doi: 10.1109/TPAMI.2012.120 pmid: 22641706
[17] Breiman L . Random forests[J]. Machine Learning, 2001,45(1):5-32.
doi: 10.1023/A:1010933404324
[18] Guo L, Chehata N, Mallet C , et al. Relevance of airborne Lidar and multispectral image data for urban scene classification using random forests[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and remote Sensing, 2011,66(1):56-66.
doi: 10.1016/j.isprsjprs.2010.08.007
[1] 吴琳琳, 李晓燕, 毛德华, 王宗明. 基于遥感和多源地理数据的城市土地利用分类[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 127-134.
[2] 柳明星, 刘建红, 马敏飞, 蒋娅, 曾靖超. 基于GF-2 PMS影像和随机森林的甘肃临夏花椒树种植监测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 218-229.
[3] 郭晓征, 姚云军, 贾坤, 张晓通, 赵祥. 基于U-Net深度学习方法火星沙丘提取研究[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 130-135.
[4] 范莹琳, 娄德波, 张长青, 魏英娟, 贾福东. 基于面向对象的铁尾矿信息提取技术研究——以迁西地区北京二号遥感影像为例[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 153-161.
[5] 周超凡, 宫辉力, 陈蓓蓓, 雷坤超, 施轹原, 赵宇. 联合WT-RF的津保高铁沿线地面沉降预测[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 34-42.
[6] 刘春亭, 冯权泷, 金鼎坚, 史同广, 刘建涛, 朱明水. 随机森林协同Sentinel-1/2的东营市不透水层信息提取[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 253-261.
[7] 蔡祥, 李琦, 罗言, 齐建东. 面向对象结合深度学习方法的矿区地物提取[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(1): 63-71.
[8] 苏龙飞, 李振轩, 高飞, 余敏. 遥感影像水体提取研究综述[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(1): 9-11.
[9] 许赟, 许艾文. 基于随机森林的遥感影像云雪雾分类检测[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(1): 96-101.
[10] 吴倩, 姜琦刚, 史鹏飞, 张莉莉. 基于高光谱的土壤碳酸钙含量估算模型研究[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(1): 138-144.
[11] 王德军, 姜琦刚, 李远华, 关海涛, 赵鹏飞, 习靖. 基于Sentinel-2A/B时序数据与随机森林算法的农耕区土地利用分类[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(4): 236-243.
[12] 杨立娟. 基于两层随机森林模型估算中国东部沿海地区的PM2.5浓度[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(4): 137-144.
[13] 李国庆, 黄菁华, 刘冠, 李洁, 翟博超, 杜盛. 基于Landsat8卫星影像土地利用景观破碎化研究——以陕西省延安麻塔流域为例[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(3): 121-128.
[14] 张鹏, 林聪, 杜培军, 王欣, 唐鹏飞. 南京市生态红线区高分辨率遥感精准监测方法与应用[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(3): 157-164.
[15] 杨玉婷, 陈海兰, 左家旗. 1990—2017年间杭州市不透水面比例遥感监测[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(2): 241-250.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
京ICP备05055290号-2
版权所有 © 2015 《自然资源遥感》编辑部
地址:北京学院路31号中国国土资源航空物探遥感中心 邮编:100083
电话:010-62060291/62060292 E-mail:zrzyyg@163.com
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发