一种基于空间约束四叉树的光子密度表征方法技术

本发明专利技术提供了一种基于空间约束四叉树的光子密度表征方法，属于遥感技术领域。包括以下步骤：将光子数据映射到二维平面上，由光子的范围划定初始象限空间；对初始象限空间分析判断，若进行一次四等划分后没有光子被分隔开，则此划分不进行，否则将初始象限空间划分为四等子象限空间，从而对划分形成空间约束；遍历新划分的子象限空间，按以上空间约束划分准则递归执行划分，直至空间中所有的象限不可再进行划分为止；将光子所处的不可划分象限所对应的空间约束四叉树层值表征为光子的密度，层值越大，表明光子的密度越大。与传统四叉树表征光子密度方法相比，本发明专利技术能更加准确地表征光子密度，避免局部稀疏而相距较近的光子被误表征密度过大。误表征密度过大。误表征密度过大。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间约束四叉树的光子密度表征方法


[0001]本专利技术属于遥感
，涉及一种基于空间约束四叉树的光子密度表征方法。

技术介绍

[0002]ICESat
‑
2搭载的光子计数激光测高雷达可以实现对单个光子的探测，具有高灵敏性、高重频的特性，能够获得更高精度和密度的光子点云数据，增强对地三维信息的获取能力。光子计数激光测高雷达数据受多种因素影响，容易掺杂大量噪声光子，进行噪声光子的去除往往依据信号光子和噪声光子密度的差异，因此能否正确表征光子密度将直接影响到噪声光子的去除效果及数据后续的可用性。
[0003]对于光子的密度表征，一些学者对此进行了研究。夏少波、许艺腾等以光子与其局部光子的之间的距离之和来表征光子密度；谢锋、张帅台等基于不同的光子滤波核，以其内部光子数来表征光子密度。但以上表征光子密度的方法均需要人为经验设定参数，对于不同的数据涉及复杂的调整参数的过程，难以实现高效自动表征光子密度。
[0004]Zhang利用四叉树实现无输入参数的光子密度表征方法。四叉树方法通过四等划分空间将每个光子分隔开，以划分次数(层值)表征光子密度，如图1为利用四叉树分隔阴影部分光子的示意图，图2为相应树状结构图。但是某些局部稀疏、相距较近的噪声光子需要较多的划分次数方可分隔，如图1中虚线框部分噪声光子所示，这就导致此类光子在用划分次数(层值)表征密度误表征为密度过大，接近信号光子的密度，对后续两类光子依靠密度差异进行区分产生较大的影响。本专利技术对划分过程增加空间约束准测，以空间约束四叉树来改进原有四叉树生成过程，删除部分不合理划分生成的无效枝节。

技术实现思路

[0005]为了实现无输入参数表征光子密度，克服四叉树方法表征光子密度的缺陷，本专利技术提供了一种基于空间约束四叉树的光子密度表征方法。
[0006]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0007]一种基于空间约束四叉树的光子密度表征方法，包括以下步骤：
[0008]a、将光子数据映射到二维平面上，由光子的范围划定初始象限空间；
[0009]b、对初始象限空间进行分析判断，若初始象限空间进行一次四等划分后没有光子被分隔开，则此划分不进行，否则将初始象限空间划分为四等子象限空间；
[0010]c、遍历新划分的子象限空间，按照如步骤b中空间约束划分准则递归执行划分，直至空间中所有的象限不可再进行划分为止；
[0011]d、将光子所处的不可划分象限所对应的空间约束四叉树层值表征为光子的密度。
[0012]所述步骤b的具体划分方法为：设初始象限空间为D0，依据初始象限空间D0内的光子数sum(D0)判断是否对其进行划分，存在两种情况：(1)sum(D0)≤1，即D0不存在或只存在一个光子，则对D0不进行划分，象限划分终止；(2)sum(D0)≥2，即D0存在多个光子，先对D0进行分析判断，若进行一次四等划分后光子在同一子象限空间，则不进行此划分，同时此象限
划分终止；若不在同一子象限空间，则将此象限划分，得到右上(Ⅰ)、左上(Ⅱ)、左下(Ⅲ)、右下(Ⅳ)四个相同的子象限空间。
[0013]在所述步骤c中，划分准则为：
[0014][0015]式中，D'
k
‑1为第k
‑
1层中可以进行划分的象限集合；D
k
‑1为第k
‑
1层象限集合；X为D
k
‑1中某个象限空间；spilt为四等划分算子；n
sum[split(X)]≥1
表示为对象限空间X四等划分后，子象限空间内光子数不小于1的空间个数，即存在光子的子象限空间个数。
[0016]本专利技术的有益效果：本专利技术可以实现在无输入参数的情况下表征光子密度，同时与同样无输入参数的四叉树方法相比，可以更加准确合理表征出相距较近但局部分布稀疏的噪声光子密度。
附图说明
[0017]图1是基于四叉树表征光子密度的示意图。
[0018]图2是四叉树分隔光子的树状结构图。
[0019]图3是本专利技术中基于空间约束四叉树表征光子密度的流程框图。
[0020]图4是本专利技术中空间约束四叉树分隔光子的示意图。
[0021]图5是本专利技术中空间约束四叉树分隔光子的树状结构图。
具体实施方式
[0022]下面结合技术方案和附图对本专利技术进一步说明。
[0023]本实施例的实现过程是采用计算机实现基于空间约束四叉树的光子密度表征。对某区域内的光子计数激光测高雷达获得的光子点云，采用本专利技术方法表征光子密度，包括以下步骤(如图3所示)：
[0024]步骤a，读入光子点云数据，根据光子位置信息将其映射到二维平面上，得到每个光子的平面位置
[0025]步骤b，得到光子点云在二维平面横纵坐标最大值max
x
、max
y
和最小值min
x
、min
y
，依照此划定初始象限空间D0；
[0026]步骤c，对初始象限空间D0进行分析判断，若初始象限空间D0进行一次四等划分后没有光子被分隔开，则此划分不进行，否则将初始象限空间D0划分为四等子象限空间。这里具体的划分方法为：依据初始象限空间D0内的光子数sum(D0)判断是否对其进行划分，存在两种情况：(1)sum(D0)≤1，即D0不存在或只存在一个光子，则对D0不进行划分，象限划分终止；(2)sum(D0)≥2，即D0存在多个光子，先对D0进行分析判断，若进行一次四等划分后光子在同一子象限空间，则不进行此划分，同时此象限划分终止；若不在同一子象限空间，则将此象限划分，得到右上(Ⅰ)、左上(Ⅱ)、左下(Ⅲ)、右下(Ⅳ)四个相同的子象限空间；
[0027]步骤d，遍历新划分的子象限空间，按照如步骤c中空间约束划分准则递归执行划分，直至空间中所有的象限不可再进行划分为止，图4为利用空间约束四叉树划分准则分隔阴影部分光子的示意图。这里，空间约束四叉树的划分准则为：
[0028][0029]式中，D'
k
‑1为第k
‑
1层中可以进行划分的象限集合；D
k
‑1为第k
‑
1层象限集合；X为D
k
‑1中某个象限空间；spilt为四等划分算子；n
sum[split(X)]≥1
表示为对象限空间X四等划分后，子象限空间内光子数不小于1的空间个数，即存在光子的子象限空间个数。
[0030]步骤e，记录得到每一个象限所经历的划分次数为其属性数据：层值。图5为图4划分所对应的空间约束四叉树树状结构图，光子所处的不可划分象限所对应的层值被表征为光子的密度。
[0031]本专利技术是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本专利技术的教导下，可以对这些特征和实施例进行修本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间约束四叉树的光子密度表征方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a、将光子数据映射到二维平面上，由光子的范围划定初始象限空间；b、对初始象限空间进行分析判断，若初始象限空间进行一次四等划分后没有光子被分隔开，则此划分不进行，否则将初始象限空间划分为四等子象限空间；c、遍历新划分的子象限空间，按照如b中空间约束划分准则递归执行划分，直至空间中所有的象限不可再进行划分为止；d、将光子所处的不可划分象限所对应的空间约束四叉树层值表征为光子的密度。2.根据权利要求1所述的一种基于空间约束四叉树的光子密度表征方法，其特征在于，所述步骤b的具体划分方法为：设初始象限空间为D0，依据初始象限空间D0内的光子数sum(D0)判断是否对其进行划分，存在两种情况：(1)sum(D0)≤1，即D0不存在或只存在一个光子，则对D0不进行划分，象限划分终止；(2)sum(D0)≥2，即D0存在多个光子，先对D0进行分析判断，若进行一次四等划分后光子在同一子象限空间，则不进行此划分，同时此象限划分终止；若不在同一子象限空间，则将此象限划分，得到右上、左上、左下、右下四个相同的子象限空间。3.根据权利要求1或2所述的一种基于空间约束四叉树的光子密度表征方法，其特征在于，所述步骤c中，空间约束划分准则为：式中，D'
k
‑1为第k
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立华，刘翔，戴泽源，周寅飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军大连舰艇学院，
类型：发明
国别省市：