利用两级体素的光子点云自适应降噪

TP7%TN95; 光子计数激光雷达采用单光子探测器,受背景环境、目标特征和仪器性能等因素的影响,在记录目标散射/反射回波信号的同时还记录了大量的背景噪声.为实现海量光子点云中地物信号光子的高精准识别,本文提出利用两级体素的光子点云自适应降噪方法,包括:1)利用光子点云的空间分布特征构建大尺度的体素,结合体素的密度属性筛选包含密集信号光子点云的体素,实现光子点云的粗降噪;2)基于最近邻距离建立粗降噪后光子点云的小尺度体素,并利用拓扑关系进一步提取聚集于地物表面的信号光子.以Ice,Cloud and land Elevation Satellite-2/Advanced Topographic...

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Published in红外与毫米波学报 Vol. 43; no. 6; pp. 832 - 845
Main Authors 王振华, 杨武钟, 刘向锋, 王凤香, 徐卫明, 舒嵘
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083%中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083%中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083 01.12.2024
上海海洋大学 信息学院,上海 201306%上海海洋大学 信息学院,上海 201306
国科大杭州高等研究院 物理与光电工程学院,浙江 杭州 310024
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ISSN1001-9014
DOI10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.015

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Abstract TP7%TN95; 光子计数激光雷达采用单光子探测器,受背景环境、目标特征和仪器性能等因素的影响,在记录目标散射/反射回波信号的同时还记录了大量的背景噪声.为实现海量光子点云中地物信号光子的高精准识别,本文提出利用两级体素的光子点云自适应降噪方法,包括:1)利用光子点云的空间分布特征构建大尺度的体素,结合体素的密度属性筛选包含密集信号光子点云的体素,实现光子点云的粗降噪;2)基于最近邻距离建立粗降噪后光子点云的小尺度体素,并利用拓扑关系进一步提取聚集于地物表面的信号光子.以Ice,Cloud and land Elevation Satellite-2/Advanced Topographic Laser Altimeter System(ICESat-2/ATLAS)获取白昼与夜晚光子点云的ATL03级数据为实验数据,将提出方法与改进Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise(DBSCAN)、改进Ordering points to identify the clustering structure(OPTICS)以及ATL08级数据产品进行比较分析.结果表明,该方法具有最优的性能表现,其平均精度(P)、召回率(R)和F1分数(F1)分别达到0.98、0.97和0.98.
AbstractList TP7%TN95; 光子计数激光雷达采用单光子探测器,受背景环境、目标特征和仪器性能等因素的影响,在记录目标散射/反射回波信号的同时还记录了大量的背景噪声.为实现海量光子点云中地物信号光子的高精准识别,本文提出利用两级体素的光子点云自适应降噪方法,包括:1)利用光子点云的空间分布特征构建大尺度的体素,结合体素的密度属性筛选包含密集信号光子点云的体素,实现光子点云的粗降噪;2)基于最近邻距离建立粗降噪后光子点云的小尺度体素,并利用拓扑关系进一步提取聚集于地物表面的信号光子.以Ice,Cloud and land Elevation Satellite-2/Advanced Topographic Laser Altimeter System(ICESat-2/ATLAS)获取白昼与夜晚光子点云的ATL03级数据为实验数据,将提出方法与改进Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise(DBSCAN)、改进Ordering points to identify the clustering structure(OPTICS)以及ATL08级数据产品进行比较分析.结果表明,该方法具有最优的性能表现,其平均精度(P)、召回率(R)和F1分数(F1)分别达到0.98、0.97和0.98.
Abstract_FL With a single-photon detector,photon-counting LiDAR(PCL)captures a large amount of background noise along with the target scattered/reflected echo signals,because of the influence of factors such as the background environ-ment,target characteristics,and instrument performance.To accurately extract the signal photons on the ground surface from a noisy photon point cloud(PPC),this paper presents an adaptive denoising approach for PPC using two levels of voxels.First,coarse denoising is performed utilizing large-scale voxels,which are built based on the spatial distribu-tion features of the PPC.The density of the voxel is then used to select the voxels that contained dense signal photons.Second,fine denoising with small-scale voxels is conducted.These voxels are built using the nearest neighbor distance,and a topologicalrelationship between voxels is used to further extract voxels containing signal photons aggregated on the ground surface.Finally,this method is performed on the PPC from ATL03 datasets collected by the Ice,Cloud,and Land Elevation Satellite-2 both during daytime and at night,and compared with the improved Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise(DBSCAN),improved Ordering Points to Identify the Clustering Structure(OP-TICS),and the method used in the ATL08 datasets.The results show that the proposed method has the best perfor-mance,with precision,recall,and F1 score of 0.98,0.97,and 0.98,respectively.
Author 杨武钟
徐卫明
王振华
刘向锋
王凤香
舒嵘
AuthorAffiliation 上海海洋大学 信息学院,上海 201306%上海海洋大学 信息学院,上海 201306;中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083%中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083%中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083;国科大杭州高等研究院 物理与光电工程学院,浙江 杭州 310024
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Author_FL WANG Zhen-Hua
LIU Xiang-Feng
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DOI 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.015
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Wanfang Data Journals
万方数据期刊 - 香港版
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Discipline Applied Sciences
DocumentTitle_FL An adaptive denoising of the photon point cloud based on two-level voxel
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ISSN 1001-9014
IngestDate Thu May 29 04:07:34 EDT 2025
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Issue 6
Keywords 光子计数激光雷达
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photon counting LiDAR
光子点云
photon point cloud
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PublicationDecade 2020
PublicationTitle 红外与毫米波学报
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PublicationYear 2024
Publisher 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083%中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083%中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
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