Simulation Based Performance Assessment of a LIDAR Data Segmentation Algorithm

라이다데이터 분할 알고리즘의 시뮬레이션 기반 성능평가

  • 김성준 (서울시립대학교 대학원 공간정보공학과) ;
  • 이임평 (서울시립대학교 도시과학대학 공간정보공학과)
  • Received : 2010.05.13
  • Accepted : 2010.06.11
  • Published : 2010.06.30

Abstract

Many algorithms for processing LIDAR data have been developed for diverse applications not limited to patch segmentation, bare-earth filtering and building extraction. However, since we cannot exactly know the true locations of individual LIDAR points, it is difficult to assess the performance of a LIDAR data processing algorithm. In this paper, we thus attempted the performance assessment of the segmentation algorithm developed by Lee (2006) using the LIDAR data generated through simulation based on sensor modelling. Consequently, based on simulation, we can perform the performance assessment of a LIDAR processing algorithm more objectively and quantitatively with an automatic procedure.

라이다데이터를 이용한 다양한 활용알고리즘이 개발되고 있지만, 대부분의 제안된 알고리즘은 정성적인 검증만이 수행되고 있다. 알고리즘의 객관적이고 정량적인 검증을 위해서는 대상에 대한 참값(true value)을 알아야 하지만, 라이다데이터는 데이터 특성상 참값을 알기 어렵다. 본 연구에서는 모의 라이다데이터는 분할 알고리즘의 성능을 평가할 수 있는 참값을 가지고 있다는 점에 착안하여, 모의 라이다데이터를 이용하여 분할 알고리즘의 성능을 보다 객관적/정량적으로 평가해보고자 하였다. 이를 위해 먼저, 1) 분할 알고리즘의 결과를 객관적으로 가늠할 수 있는 정량적인 평가요소들을 정의하고, 2) 3차원 도시모델을 입력 데이터로 모의 라이다데이터를 생성한 후, 3) 분할알고리즘을 적용하여 객체표면을 나타내는 평면패치를 생성하였다. 마지막으로 4) 성능평가지표를 기준으로 생성된 패치에 대한 분석을 자동화하여 수행하였다.

Keywords

References

  1. 김근한, 김혜영, 전철민, 2009, "레이저레이더 시뮬레이션을 위한 3차원 데이터 모델의 성능 테스트", 한국지형공간정보학회, 제17권, 3호, pp.97-107.
  2. 김성준, 민성홍, 이임평, 최경아, 2008, "항공라이다시스템의 기하모델링 및 데이터 시뮬레이션", 한국측량학회지, 제26권, 3호, pp.311-320.
  3. 김성준, 이임평, 2009, "3차원 건물의 정규화", 대한원격탐사학회, 2009년도 춘계학술대회, pp.296-300.
  4. 김성준, 이임평, 2010, "풀웨이브폼 라이다의 반사파형시뮬레이션", 대한원격탐사학회지, 제26권, 1호, pp.1-10. https://doi.org/10.7780/kjrs.2010.26.1.9
  5. 오소정, 이임평, 김성준, 최경아, 2008, "3차원 소음지도제작을 위한 도화원도와 수치지도를 이용한 도시공간모델 생성", 대한원격탐사학회지, 제24권, 2호, pp.179-188. https://doi.org/10.7780/kjrs.2008.24.2.179
  6. 이임평, 2006, "항공 라이다 데이터의 분할: 점에서 패치로", 한국측량학회지, 제 24권, 1호, pp.111-121.
  7. Biosca, J. M. and Lerma J. L., 2008, "Unsupervisedrobust planar segmentation of terrestrial laserscanner point clouds based on fuzzy clusteringmethods", ISPRS Journal of Photogrammetry &Remote Sensing, ISPRS, Vol.63, No.1, 84-98. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2007.07.010
  8. Chehata, N., David, N., and Bretarb, F., 2008,"LIDAR data classification using hierarchical K-meansclustering", Proc. of ISPRS Congress Beijing 2008,Vol.37, pp.325-330.
  9. Filin, S., 2002, "Surface clustering from airbornelaser scanning data", International Archives ofPhotogrammetry, Remote Sensing and SpatialInformation Sciences, Vol.34, pp.117-124.
  10. Fuchs, F., 2001, "Building reconstruction in urbanenvironment: a graph-based approach", AutomaticExtraction of Man-made Objects from Aerial andSpace Images (III), Baltsavias, E.P., Gruen, A. andGool, L.V. (ed.), Taylor & Francis, 205-215.
  11. Gorte, B., 2002, "Segmentation of TIN-structuredlaser altimetry points clouds", Symposium onGeospatial Theory, Processing and Application.
  12. Haxhimusa, Y. and Kropatsch, W.G., 2003,"Hierarchy of partitions with dual-graph contraction", Proceedings of German Pattern Recognition Symposium, LNCS, Vol.2871, pp.338-345.
  13. Heath, M., Sarkar, S., Sanocki, T., and Bowyery, K.,1998. Comparison of edge detectors a methodologyand initial study, Computer Vision and Image Understanding, 69, 38-54. https://doi.org/10.1006/cviu.1997.0587
  14. Lee, I., and Schenk, T., 2002, "Perceptualorganization of 3D surface points", InternationalArchives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol.34, pp.193-198.
  15. Jiang, X.Y., and Bunke, H., 1994, "Fast segmentation of range images into planar regions byscan line grouping", Machine Vision and Applications, Vol.7, No.2, pp.115-122. https://doi.org/10.1007/BF01215806
  16. Jiang, X. and Bunke, H., 1999, "Edge detection in range images based on scan line approximation", Computer Vision and Image Understanding, Vol.73,No.2, pp.183-199. https://doi.org/10.1006/cviu.1998.0715
  17. Khalifa, I., Moussa, M., and Kamel, M., 2003,"Range image segmentation using localapproximation of scan lines with application to CADmodel acquisition", Machine Vision Applications, Vol.13, No.5-6, pp.263-274. https://doi.org/10.1007/s00138-002-0083-0
  18. Kim, T. and Muller, J.P., 1999, "Development of agraph-based approach for building detection", Imageand Vision Computing, Vol.17, No.1, pp.3-14. https://doi.org/10.1016/S0262-8856(98)00092-4
  19. Kim, S., Min, S., Kim, G., Lee, I., and Jun, C., 2009,"Data Simulation of an Airborne LIDAR System", Proceedings of the SPIE, Laser Radar Technologyand Applications, Vol.7323.
  20. Pu, S., and Vosselman, G., 2006, "Automaticextraction of building features from terrestrial laserscanning", International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol.36.
  21. Roggero, M., 2001, "Airborne laser scanning:clustering in raw data", International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing, Vol.34, pp.227-232.
  22. Rottensteiner, F., 2003, "Automatic generation ofhigh-quality building models from lidar data", IEEE Computer Graphics and Applications, Vol.23, No.6,pp.42-50. https://doi.org/10.1109/MCG.2003.1242381
  23. Sampath, A., Shan, J., 2006, "Clustering basedplanar roof extraction from lidar data", AmericanSociety for Photogrammetry and Remote SensingAnnual Conference.
  24. Sampath, A., Shan, J., 2008, "BuildingRreconstruction from Airborne Lidar Data Based onClustering Analysis", International Society for Photogrammetry and Remote Sensing Congress.
  25. Sappa, A.D. and Devy, M., 2001, "Fast range imagesegmentation by an edge detection strategy", Proceedings of 3nd International Conference on 3-D Digital Imaging and Modeling, pp.292-299.
  26. Shan, J., Sampath, A., 2008, "Chapter 15, Buildingextraction from LiDAR point clouds based onclustering techniques", in Shan, J. and Toth, C.,Topographic Laser Ranging and Scanning: Principlesand Processing, CRC Press/Taylor & Francis Group,pp. 423-446.
  27. Sithole, G., and Vosselman, G., 2003, "Automaticstructure detection in a point cloud of an urbanlandscape", Proceedings of 2nd GRSS/ISPRS Joint Workshop on Remote Sensing and Data Fusion over Urban Areas, pp.67-71.
  28. Wang, L., and Chu, H., 2008, "Graph theoreticsegmentation of airborne LiDAR data", Proceedingsof SPIE, Vol.6979.