改进的移动窗口曲面拟合法点云数据滤波处理

SerialNo．506June.2011

现代矿业

MODERNMINING

总第506期2011年6月第6期

改进的移动窗口曲面拟合法点云数据滤波处理

刁鑫鹏

吴

侃

（中国矿业大学环境与测绘学院）

*

介绍传统移动窗口滤波算法的原理及特点，对其应用于激光扫描点云数据滤波的不

足进行了分析。在此基础上，将相应的算法进行了扩展和改进，改进方法可自适应地调整网格尺寸

摘

要

大小，同时可克服滤波过程中高差阈值难以确定的不足。利用两组实际扫描点云数据进行试验，以

结果证明，与传统的移动窗口滤波法相比，改进算法各类误差均较小，试验验证这种算法的有效性，结果更优。

关键词

点云数据

滤波

移动窗口曲面拟合

内最大地物的尺寸。但是，如果窗口过大又会将一

些小的地形不连续部分平滑和过滤掉。同时，在滤波过程中若给定的高差阈值不做相应的改变，其滤波效果会更差。

窗口尺寸不变和固定的阈值会在许多情况下影响滤波效果。例如，如果扫描区域内存在大面积的地物，为达到滤除的目的，窗口应该大于地物最小边长，此种情况下窗口越大越好（图1（a））；但是，如具有较小地形起伏的地面点又会被当果窗口太大，

成非地面点而被剔除（图1（b））

。

地面三维激光扫描能够自动快速地获取大面积、高密度、高精度的地表及物体表面的三维空间数据

［1］

。激光扫描的点云数据滤波，就是从扫描得到

提取有用的地形点，同时将地物或植的点云数据中，

被等噪声点剔除的过程。它是数据后处理中最重要的内容之一，也是首先要解决的问题。只有准确而可靠地将激光扫描点云数据进行滤波处理后，才能有效地利用扫描数据。目前，已有很多文献进行过

基本上可以分为以关于点云数据滤波算法的研究，

［2-4］

、下几类：基于坡度的滤波方法聚类和分割方

［5-6］［7-9］、法基于数学形态学的滤波算法以及拟合

等。通过分析可以发现，几乎每种算法都存在其自身的缺陷，有待进一步改进。法11．1

移动窗口曲面拟合滤波传统移动窗口曲面拟合滤波

传统移动窗口法滤波方法是利用一个大尺度的移动窗口通过寻找地面最低点计算出一个粗略的地形模型，然后将所有高差（以计算出的地形模型为参考）超过给定阈值的点过滤掉，从而计算出一个

［12］

更精确的DEM。

该算法简单明了，自适应行强，运算速度快，滤波性能基本不受地形条件和地物数量的限制。因广泛应用于三维激光扫描点云数据滤波处理过此，程中。

利用该方法进行滤波，单元网格尺寸的选取是关键。窗口过小可能会导致某些大面积地物上的点被误判为地面点，因此，必须要求网格边长大于测区

*国家环保公益性行业专项项目（编号：200809128）；江苏省“青蓝工程”基金项目。

221008江苏省徐州市。刁鑫鹏（1988—），男，硕士研究生，

［10-11］

图1窗口尺寸的确定

1．2改进的移动窗口曲面拟合滤波

提出了网鉴于移动窗口曲面拟合算法的不足，

格尺寸渐进缩小的新思路，在改变网格尺寸的同时可以设置不同的高差阈值。

（1）高差阈值的确定。在一般扫描中，不考虑陡坎等特殊情况，可将地形近似分为近平地和坡地，其他地形均可分块划入此两类中。①近平地高差阈值的确定。可根据扫描区域内的平均高程和引起粗差的原因来进行确定，如近平地区域，地形正常起伏不大，应低于平均地形0.3m，而地物点如树木、建筑物等，其高度一般均大于0.5m。可以平均地形高程加0.5m作为初始高差阈值，剔除高程大于此值的点，其他地物如桥梁、房屋等可以根据实地情况，按照相似的标准选取合适的高差阈值。②坡地高差阈值的确定。对于坡地，由于本身具有一定的

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