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关于 LiDAR 点云数据处理都在这里（包含软件免费数据源）

• 行业观察

前言

在学习生涯将要结束之际，博主将自己三年所学到的东西进行一个总结与归纳，一是对所学知识的一个回顾，二是整理成一个完整的资料，以防不时之需，三是供后来者少走弯路，继续前行！

一、LiDAR 基础与入门

1. 激光雷达定义

  • Light Deteation and Ranging 激光探测及测距系统的简称，用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。

    • 2. 优缺点

    优点

  • 具有极高的分辨率
  • 抗干扰能力强
  • 获取的信息量丰富
  • 可全天时工作

    • 缺点

  • 容易受到大气条件以及工作环境的烟尘的影响

    • 3. 分类

    按原理分类

  • 三角测距激光雷达
  • ToF 激光雷达

    • 按功能分类

  • 激光测距雷达
  • 激光测速雷达
  • 激光成像雷达
  • 大气探测激光雷达
  • 跟踪雷达

    • 按工作介质分类

  • 固体激光雷达
  • 气体激光雷达
  • 半导体激光雷达

    • 按线数分类

  • 单线激光雷达.
  • 多线激光雷达

    • 按扫描方式分类

  • MEMS型激光雷达
  • Flash型激光雷达
  • 相控阵激光雷达
  • 机械旋转式激光雷达

    • 按探测方式分类

  • 直接探测激光雷达
  • 干探测激光雷

    • 按激光发射波形分类

  • 连续型激光雷达
  • 脉冲型激光雷达

    • 按挂载平台分类

  • 机载激光雷达
  • 车载激光雷达
  • 地基激光雷达
  • 星载激光雷达
  • 背包式
  • 手持式
  • SLAM

    • 按应用

  • 激光测距仪
  • 激光三维成像雷达
  • 激光测速雷达
  • 激光大气探测雷达
  • 激光测风雷达

    • 4. 国内外知名激光雷达公司盘点

    国外

  • Velodvne
  • Sick
  • Ibeo
  • Quanergy
  • Hokuyo
  • Trimble
  • Innoviz
  • LeddarTech
  • Leica
  • Rieql
  • Other…

    • 国内

  • 数字绿土
  • 北科天绘
  • 武汉珞珈新空
  • 四维图新
  • 北京蒙特卡洛
  • 其它…

    • 5. 相关应用

  • 城市规划
  • 数字城市建模
  • 高精度DEM的制作与生成
  • 基础设施制图
  • 地表变化监测
  • 地表覆盖分类
  • 森林资源调查
  • 矿山测量
  • 电力线巡检
  • 其它

    • 6. 小结

    比较全面的介绍lidar数据处理库、软件等：http://www.opentopography.org/

    二、LiDAR 点云去噪

    数据采集平台

  • 无人机
  • 背包（针对背包式的扫描设备）3
  • 车载平台
  • 手持激光扫描
  • 固定模型误差
  • 其它

    • 采集设备

  • LiDAR 采集头
  • 与采集平台的相对稳定性
  • 其它

    • 被测物体表面

  • 水域等无法探测
  • 其它

    • 其它

    …

    2. 常用去噪方法

    基于密度的去噪

  • 判断当前点的邻域点数，过小则将其视为噪音点

    • 基于统计学去噪

  • 先求取全局点云距离分布，然后依次判断每个采样点与其邻域的距离是否满足阈值

    • 直通滤波去噪

  • 在 X、Y、Z 方向设置阈值对点云进行截取（快速去除离群点用）

    • 手动去燥

  • 人机交互框选不感兴趣点云并删除

    • 基于假设检验的粗差剔除

  • 假设点云数据仅在一个维度上存在误差，则对每一点利用其邻域点的属性值对其进行拟合，并求取拟合后的值与原始属性的差值。根据偶然误差服从正态分布的特性，通过设定一个置信区间，将误差值较大的点视为噪音点或失真点进行剔除

    • 基于横切分层剔除噪音

  • 这里通过对点云的高程 进行横切分层，然后，统计每个分割区域内的点云数量， 将分割区内小于一定阈值的点作为粗差予以清除

    • 基于点到平面距离去噪

  • 通过判断邻近点云数据的拟合平面，将离拟合平面距离值为负的点云看作噪声点云数据

    • 移动平滑法

  • 通过移动平滑法与二次多项式拟合曲面的方法去除噪声

    • 中值滤波去噪

  • 详见中值滤波

    • 其它

    …

    三、LiDAR 点云滤波

    1. 点云滤波概念

  • 将点云分为地面点和地物点的过程

    • 区别于数字信 学

  • 前者对信 进行高通/低筒滤波，去除高频/低频信

    • 区别于图像处理

  • 前者主要是过滤图像噪音

    • 2. 滤波算法

    坡度滤波

  • 基于间隔一定距离两点间形成的坡度来判断

    • 形态学滤波

  • 将点云格 化，选取格 种子点，按行或者列进行类似于数学形态学的滤波

    • 渐进三角 滤波

  • 选取初始种子点，利用三角 构建初始地表模型，判断剩余点并对三角 进行加密

    • 移动曲面滤波

  • 利用多元多项式对地面进行表达

    • 布料滤波

  • 利用布料模拟算法进行滤波

    • 基于点云频率的滤波

    PCL—低层次视觉—点云滤波（基于点云频率）

    其它

    …

    四、LiDAR 点云配准

    1. 配准目的

  • 对点云进行校正

    • 2. 配准分类

  • LiDAR点云和LiDAR点云配准
  • LiDAR点云和密集匹配点云配准
  • LiDAR点云和二维影像配准
  • LiDAR点云和三维街景匹配
  • 其它

    • 3. 配准方法

    粗配准方案

  • LORAX
  • 4点法 （4-Points Congruent Sets，4PCS）
  • Super 4PCS(Super 4-Points Congruent Sets)
  • SK-4PCS（Semantic Keypoint 4-Points Congruent Sets）
  • G-4PCS（Generalized 4-points congruent sets）

    • 精配准方案

  • DO（Discriminative Optimization）
  • 结合法
  • ICP（Iterative Closest Point）

    • Standard ICP

    KD-tree Approximation

    Soft Outlier Rejection

    Generalized-icp（GICP）

    Normal ICP（NICP）

    Go-ICP

    …

  • 模型对应法
  • NDT

    • 五、LiDAR 点云公开数据集

    1. Paris-Lille-3D Dataset

    http://caor-mines-paristech.fr/fr/paris-lille-3d-dataset/

    2. PCL官方测试数据集

    https://github.com/PointCloudLibrary/data

    3. ISPRS

    http://www2.isprs.org/

    4. RGB-D Object Dataset

    https://rgbd-dataset.cs.washington.edu/

    5. The Stanford 3D Scanning Repository

    http://graphics.stanford.edu/data/3Dscanrep/

    全球六大激光雷达数据源

    而且都是免费的

    1、Open Topography

    址：http://www.opentopography.org

    2、USGS Earth Explorer

    址：http://earthexplorer.usgs.gov

    3、United States Interagency Elevation Inventory + Wikipedia LiDAR

    址：https://en.wikipedia.org/wiki/National_Lidar_Dataset_(United_States)

    4、NOAA Digital Coast

    址：https://coast.noaa.gov/digitalcoast/tools/

    5、LIDAR Online

    址：https://www.lidar-online.com/

    6、National Ecological Observatory Network

    址：http://www.neonscience.org/data-resources

    六、LiDAR 点云处理软件

    1. 国外

  • CloudCompare（免费开源）

    • https://github.com/CloudCompare/CloudCompare

  • TerraSolid 的 TerraScan（专门针对点云） 芬兰

    • 需要商业License（可以寻找**版下载使用）

  • ENVI 的 LiDAR 模块

    • 需要商业License，可以自动提取 DEM / DSM / 建筑物 / 植被 等的三维模型（可以寻找破解版下载使用）

  • Quick Terrain Moduler 的配套软件 Quick Terrain Reader

    • 前者不免费，后者免费，可以自行上 搜索下载

  • LasTools

    • 免费开源软件，但是是一款命令行软件，需要设置较多参数，实际生产中更多用于编程的第三方库

  • OPLAS

    • 需要商业License（免费的只能加载100万点）

  • BCAL LiDAR tools

    • ENVI 插件

  • FugroViewer

    • 免费的点云快速浏览软件

  • MCC LiDAR

    • 开源滤波软件

  • ALDPAT

    • 开源 LiDAR 处理软件

  • FUSION 美国

    • 开源 LiDAR 处理软件

  • SHOALS 加拿大

    • 未知

  • PIX4D

    • 商用软件需要License，免费试用一个月，主要用与点云数据的分类

    其它

    …

    2. 国内

  • LiDAR 360

    • 北京数字绿土公司商用软件，需要License，申请免费试用15天

  • CoProcess

    • 上海华测导航公司商用软件，需要License

  • SouthLiDAR

    • 广州南方测绘公司商用软件，需要License

    其它

    …

    3.小结

    七、点云处理开源库

    1. PCL官

    http://www.pointclouds.org/

    2. VCG-Github仓库

    https://github.com/cnr-isti-vclab/vcglib/

    3. CGAL

    https://www.cgal.org/

    4. SFML

    https://www.sfml-dev.org/

    5. OpenGL

    https://www.opengl.org/

    6. OSG

    http://www.openscenegraph.org/

    7. MeshLab

    http://www.meshlab.net/

    8. g2o

    https://openslam-org.github.io/g2o.html

    结束语

    暂无

    – END –

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