第三章 研究方法
第六節 圓桿地物偵測、定位與分類
一、 圓桿地物偵測
根據圓桿地物之場景知識，圓桿地物通常具有特定高度，且分層具有圓面 的特性，如圖 34 所示，因此本研究除使用高度資訊外，亦會推求分層圓面參 數與其分層中心是否相近以偵測點群是否為一圓桿地物，如圖 34(c)與(d)所示。
而現實中絕大多數的圓桿地物上仍有其他附著物，導致偵測不易，如圖 35 為 一交通號誌的圓桿地物，其中圓桿地物上半部有較多附著物干擾，而下半部則 有較少附著物。
(a) (b) (c) (d)
圖 34 圓桿地物偵測示意圖
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圖 35 含附著物之圓桿地物(Google Street View, 2012)
綜 合 上述 因素 ，本研 究擬 透過 點 群分 層 處理(Lou and Wang, 2008)與 RANSAC 概念(Fischler and Robert, 1981)處理圓桿地物含有附著物之問題，主要 可分成四個階段，依序為(1)高度資訊判斷、(2)分層 RANSAC 圓面參數計算、
(3)分層圓面約制分析、(4)分層圓心位置分析，其流程如圖 36 所示。
圖 36 圓桿地物偵測流程圖
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A. 高度資訊分析
首先，在高度資訊分析過程中，由於圓桿地物應具有一定高度，因此點雲 其分布的高度也需大於該高度，若無大於該高度，則視為非圓桿地物，反之，
則視為圓桿地物。
B. 分層 RANSAC 圓面參數計算
符合高度資訊分析條件之點群，計算其分層 RANSAC 圓面參數供後續分 層圓面約制分析與分層圓心位置分析使用。此步驟首先會將點群分層，且各分 層內點雲投影至水平面上，並且以 RANSAC 方式求定其圓心位置與半徑之圓 面參數，其流程如圖 37 所示，圓方程式如式 10 所示。其中，以 RANSAC 計 算圓面參數之作法為將每分層內點雲投影至水平面上，針對投影後之點雲，隨 機取 3 個點，計算圓心位置與半徑之圓面參數，利用 RANSAC 概念重複 35 組 的取樣後，將其 35 組所得之半徑值排序，以半徑中位數之圓面參數為該層圓心 位置與半徑，並且取半徑中位數與其前後各 10 組，共 21 組計算其半徑、圓心 x 與 y 坐標之標準差。
圖 37 分層 RANSAC 圓面參數計算流程
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(Xi-X0)2+ (Yi+Y0)2+r2=0 Xi, Yi：點雲平面坐標
X0, Y0：圓心 r：半徑
式 10
由於車載光達點雲受到掃描方式、遮蔽、附著物等影響，導致分層內之點 雲投影至水平面之圓桿其外形較不完整且包含其他附著物等雜點，如圖 38 與 圖 39 所示。其中，圖 38 為附著物較少且非直立之單純燈桿，可發現當分層厚 度較厚時，如圖 38(a)和圖 38(b)，此非直立圓桿上多餘雜訊點投影在水平面上 時，此直立圓桿因傾斜導致不易於求定其圓面參數；反之，當分層厚度減少時，
如圖 38(c)，將可取到屬於直立圓桿上之點雲與減少直立圓桿因傾斜所造成之 影響，但若分層厚度太小亦可能導致點雲過於稀疏不利於偵測及求定圓桿之圓 面參數。
(a) 全部點雲俯視圖
(d) 單純燈桿點雲側視圖 (b)較厚分層粉紅色區塊點雲俯視圖
(c) 較薄分層青色區塊點雲俯視圖
圖 38 含較少附著物之燈桿不同厚度分層點雲俯視圖
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而圖 39 為附著物較多之直立圓桿，可發現當分層厚度增加時，如圖 39 (a) 與圖 39 (b)，與圖 38 分析結果相同，將有非直立圓桿上多餘的雜點導致不易 於偵測並求定直立圓桿圓面參數；反之，當分層厚度減少時，如圖 39 (c)，將 有更大機會取到屬於直立圓桿上之點雲求定其圓面參數，但若分層厚度太小，
與圖 38 分析結果相同，可能導致點雲過於稀疏不利於偵測及求定直立圓桿圓 面參數。
(a) 全部點雲俯視圖
(d)複雜燈桿點雲側視圖 (b) 較厚分層粉紅色區塊點雲俯視圖
(c) 較薄分層青色區塊點雲俯視圖
圖 39 含較多附著物之燈桿不同厚度分層點雲俯視圖
因此太薄之分層，可能會導致各層內點雲稀疏不利於求定各層圓面參數。
為了克服點雲分層太薄導致點雲稀疏的問題，本研究對點密度不足之分層，取 其相鄰分層內之點群納入計算，若加入相鄰分層點群仍無法滿足條件時，則視 為該層無法擬合圓面參數。此外，為了 RANSAC 圓面參數求定取樣可達大樣
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本(即 30 次以上)，因此本研究假設各層點數應有 7 個點每次隨機抽取 3 點計算，
即 35 次(C37=35)。
C. 分層圓面約制分析
根據圓桿地物場景知識，其分層圓面參數應有兩點約制，包含(1)半徑落於 一定範圍、(2)圓心 x 與 y 坐標標準差、半徑標準差皆小於門檻值，且符合圓面 參數約制之分層數量大於門檻值。因此，完成分層 RANSAC 圓面參數計算後，
應根據所得分層圓面參數分析是否符合分層圓面約制條件，其流程如圖 40 所 示。
圖 40 分層圓面約制分析流程 D. 分層圓心位置分析
根據圓桿地物場景知識，圓桿地物多屬輕微傾斜之情況，因此分層圓心平 面位置仍應相近。因此，完成分層圓面約制分析後，透過分層圓心位置分析辨
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識該點群是否為圓桿地物，其流程如圖 41 所示，透過分析符合圓面約制之分 層，計算其圓心平面位置標準差，若小於門檻值，則視為圓桿地物，反之，則 視為非圓桿地物。
圖 41 分層圓心位置分析流程