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Relevance of airborne lidar and multispectral image data for urban scene classification using random forests / Li Guo in ISPRS Journal of photogrammetry and remote sensing, vol 66 n° 1 (January - February 2011)
[article]
Titre : Relevance of airborne lidar and multispectral image data for urban scene classification using random forests Type de document : Article/Communication Auteurs : Li Guo, Auteur ; Nesrine Chehata , Auteur ; Clément Mallet , Auteur ; Samia Boukir, Auteur Année de publication : 2011 Article en page(s) : pp 56 - 66 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications photogrammétriques
[Termes IGN] analyse discriminante
[Termes IGN] classification dirigée
[Termes IGN] classification par forêts d'arbres décisionnels
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] écho multiple
[Termes IGN] forme d'onde pleine
[Termes IGN] image multibande
[Termes IGN] semis de points
[Termes IGN] zone urbaine denseRésumé : (Auteur) Airborne lidar systems have become a source for the acquisition of elevation data. They provide georeferenced, irregularly distributed 3D point clouds of high altimetric accuracy. Moreover, these systems can provide for a single laser pulse, multiple returns or echoes, which correspond to different illuminated objects. In addition to multi-echo laser scanners, full-waveform systems are able to record 1D signals representing a train of echoes caused by reflections at different targets. These systems provide more information about the structure and the physical characteristics of the targets. Many approaches have been developed, for urban mapping, based on aerial lidar solely or combined with multispectral image data. However, they have not assessed the importance of input features. In this paper, we focus on a multi-source framework using aerial lidar (multi-echo and full waveform) and aerial multispectral image data. We aim to study the feature relevance for dense urban scenes. The Random Forests algorithm is chosen as a classifier: it runs efficiently on large datasets, and provides measures of feature importance for each class. The margin theory is used as a confidence measure of the classifier, and to confirm the relevance of input features for urban classification. The quantitative results confirm the importance of the joint use of optical multispectral and lidar data. Moreover, the relevance of full-waveform lidar features is demonstrated for building and vegetation area discrimination. Numéro de notice : A2011-016 Affiliation des auteurs : IGN+Ext (1940-2011) Thématique : FORET/IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1016/j.isprsjprs.2010.08.007 Date de publication en ligne : 22/09/2010 En ligne : https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2010.08.007 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=30798
in ISPRS Journal of photogrammetry and remote sensing > vol 66 n° 1 (January - February 2011) . - pp 56 - 66[article]Réservation
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Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité 081-2011011 SL Revue Centre de documentation Revues en salle Disponible Analyse de données lidar à retour d'onde complète pour la classification en milieu urbain = Analysis of Full-Waveform lidar data for urban area mapping / Clément Mallet (2010)
Titre : Analyse de données lidar à retour d'onde complète pour la classification en milieu urbain = Analysis of Full-Waveform lidar data for urban area mapping Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Clément Mallet , Auteur ; Christian Heipke, Directeur de thèse ; Michel Roux, Directeur de thèse Editeur : Paris : Institut Géographique National - IGN (1940-2007) Année de publication : 2010 Importance : 245 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie
Thèse présentée pour obtenir le grade de docteur de Télécom ParisTech, spécialité Signal et ImagesLangues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Lasergrammétrie
[Termes IGN] classification dirigée
[Termes IGN] classification par séparateurs à vaste marge
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] données localisées 3D
[Termes IGN] forme d'onde pleine
[Termes IGN] lidar à retour d'onde complète
[Termes IGN] lidar topographique
[Termes IGN] milieu urbain
[Termes IGN] modèle de Gauss-Markov
[Termes IGN] onde lidar
[Termes IGN] semis de points
[Termes IGN] traitement de donnéesIndex. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) Avec l'émergence récente des systèmes lidar aéroportés à retour d'onde complète, capables de fournir plus qu'une représentation topographique en trois dimensions, se pose la question, entre autres, de son utilité pour l'analyse du milieu urbain. Nous souhaitons en particulier comparer ses performances aux systèmes lidar multi-échos traditionnels. Les signaux lidar fournis sont en effet porteurs d'informations supplémentaires sur les objets atteints. L'objectif final visé dans cette thèse est une cartographie automatique 3D améliorée des zones d'occupation du sol, comme socle de grands nombres d'applications déjà existantes, en partant des données brutes enregistrées. L'approche proposée se compose de deux grandes phases. La première étape consiste à traiter les signaux enregistrés pour générer des nuages de points 3D de qualité maîtrisée, ainsi que pour extraire des informations sur la morphologie de ces derniers. Deux méthodes distinctes sont présentées. L'une cherche à améliorer la méthode standard consistant à supposer que tous les échos suivent un modèle gaussien. La deuxième permet d'explorer l'hypothèse d'un mélange de modèles, donc de caractériser chaque écho séparément, tout en proposant une formulation physique simple et flexible du problème. Dans un second temps, les nuages 3D ainsi générés sont classés en se servant d'attributs spatiaux mais également des attributs morphologiques extraits lors de l'étape précédente. Une approche supervisée utilisant les Séparateurs à Vaste Marge est adoptée pour séparer les zones de sol, de bâtiments, et de végétation. Elle est couplée à un processus de sélection des attributs les plus pertinents. En plus de l'obtention d'une classification de bonne qualité, cette étape met en évidence l'apport des données à retour d'onde complète dans un cadre de cartographie automatique des paysages urbains. Note de contenu : I INTRODUCTION
1 Introduction
1.1 The analysis of urban areas
1.2 Airborne laser scanning.
1.3 and the full-waveform technology
1.4 Specific context of the thesis
1.5 Objectives and limitations
1.6 Overall strategy
1.7 Structure of the document
2 Full-waveform topographic lidar
2.1 Principle and technology of laser scanning
2.1.1 Physical principles
2.1.2 Lidar measurement formulas
2.1.3 Limitations of multiple pulse systems
2.2 Full-waveform lidar data
2.2.1 What does a waveform represent ?
2.2.2 Recording full-waveform data
2.2.3 Advantages and limitations
2.3 Typology of full-waveform systems
2.3.1 Bathymetric systems
2.3.2 Experimental topographic systems
2.3.3 Commercial lidar systems
2.3.4 Technical specifications of the main existing systems
2.4 Processing the backscatter waveforms
2.4.1 Deconvolution
2.4.2 Advanced echo extraction methods
2.5 Waveform modelling and echo fitting
2.5.1 Modelling the waveforms with Gaussian mixtures
2.5.2 Fitting the waveforms
2.6 FW point clouds: quantitative analysis and processing
2.6.1 Pulse shape analysis
2.6.2 Calibration and correction of the intensity feature and the target cross-section
2.6.3 Parameter behaviour and subsequent classification
2.6.4 Filtering and surface reconstruction
2.6.5 Applications in forested areas
2.6.6 Applications in urban areas
2.7 Data sets
II PROCESSING LIDAR WAVEFORMS
3 A Generalized Gaussian model for decomposition and modelling
3.1 Introduction
3.2 Methodology
3.2.1 Presentation
3.2.2 Model selection
3.2.3 Peak detection and initial parameters estimation
3.2.4 Fitting the waveforms
3.2.5 Georeferencing process
3.3 Results and evaluation
3.3.1 Decomposition results
3.3.2 Quality analysis
3.4 Analysis of the extracted parameters
3.4.1 Full-waveform parameters
3.4.2 Calibration and correction
3.4.3 Point-based analysis
3.5 Conclusions
4 A marked point process approach for waveform modelling
4.1 Motivation
4.2 Library of modelling functions
4.3 Marked point processes
4.3.1 Point processes
4.3.2 Density of a point process
4.3.3 Marks and object library
4.4 Energy formulation
4.4.1 Data term
4.4.2 Regularization term
4.4.3 Parameter estimation
4.5 Optimization
4.5.1 RJMCMC sampler
4.5.2 Proposition kernels
4.5.3 Simulated annealing
4.6 Results
4.6.1 Simulated data
4.6.2 Medium and large footprint waveforms
4.6.3 Small footprint waveforms
4.7 Conclusions and perspectives
III CLASSIFICATION OF URBAN AREAS
5 Classification of 3D lidar point clouds
5.1 Introduction
5.1.1 Context
5.1.2 Related works
5.1.3 Strategy
5.2 Support Vector Machines and feature selection
5.2.1 Principle of SVMs
5.2.2 Kernel selection
5.3 Features of interest
5.3.1 Various kinds of features (and computational strategies)
5.3.2 Description
5.3.3 Optimal neighbourhood analysis
5.4 Classification strategies with feature selection
5.4.1 Classification strategies
5.4.2 Feature selection methods
5.5 Results
5.5.1 Some preliminary remarks
5.5.2 Feature selection
5.5.3 Classification accuracy
5.6 An alternative approach: the Random Forests
5.6.1 Motivation
5.6.2 Strategy
5.6.3 Results and discussions
5.6.4 Outlook
5.7 Conclusions and perspectives
5.7.1 Conclusions
5.7.2 Perspectives
IV CONCLUSIONS
6 Conclusions and perspectives
6.1 Conclusions
6.1.1 Summary
6.1.2 Contributions and limitations
6.2 Perspectives
6.3 Outlook on the real contributions and limitations of FW data
6.4 Final outlookNuméro de notice : 14430 Affiliation des auteurs : MATIS (1993-2011) Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de doctorat : Signal et Images : Télécom ParisTech : 2010 Organisme de stage : MATIS (IGN) & LTCI nature-HAL : Thèse DOI : sans En ligne : https://hal.science/pastel-00566992v1 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=45248
contenu dans ISPRS Workshop Laserscanning'09, Paris, France, September 1-2, 2009 / Frédéric Bretar (2009)
Titre : A stochastic approach for modelling airborne lidar waveforms Type de document : Article/Communication Auteurs : Clément Mallet , Auteur ; Florent Lafarge, Auteur ; Michel Roux, Auteur ; Uwe Soergel, Auteur ; et al., Auteur Editeur : International Society for Photogrammetry and Remote Sensing ISPRS Année de publication : 2009 Collection : International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, ISSN 1682-1750 num. 38-3/W8 Conférence : ISPRS 2009, Workshop LaserScanning 01/09/2009 02/09/2009 Paris France OA Archives proceedings Importance : pp 201 - 206 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement du signal
[Termes IGN] chaîne de Markov
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] forme d'onde pleine
[Termes IGN] méthode de Monte-Carlo
[Termes IGN] milieu urbain
[Termes IGN] modèle stochastique
[Termes IGN] reconstruction du signal
[Termes IGN] signal laser
[Termes IGN] signal lidarRésumé : (Auteur) In contrast to conventional airborne multi-echo laser scanner systems, full-waveform (FW) lidar systems are able to record the entire emitted and backscattered signals of each laser pulse. Instead of clouds of individual 3D points, FW devices provide ID profiles of the 3D scene, which allows gaining additional and more detailed observations of the illuminated surfaces. Indeed, lidar waveforms are signals consisting of a train of echoes where each of them corresponds to a scattering target of the Earth surface or a group of close objects leading to superimposed signals. Modelling these echoes with the appropriate parametric function is necessary to retrieve physical information about these objects and characterize their properties. Henceforth, the extracted parameters can be useful for subsequent object segmentation and/or classification. This paper presents a stochastic based model to reconstruct lidar waveforms in terms of a set of parametric functions. The model takes into account both a data term which measures the coherence between the proposed configurations and the waveforms, and a regularizing term which introduces physical knowledge on the reconstructed signal. We search for the best configuration of functions by performing a Reversible Jump Markov Chain Monte Carlo sampler coupled with a stochastic relaxation. Finally, the algorithm is validated on waveforms from several airborne lidar sensors, showing the suitability of the approach even when the traditional assumption of Gaussian decomposition of waveforms is invalid. Numéro de notice : C2009-004 Affiliation des auteurs : MATIS+Ext (1993-2011) Thématique : IMAGERIE/POSITIONNEMENT Nature : Communication nature-HAL : ComAvecCL&ActesPubliésIntl DOI : sans En ligne : https://www.isprs.org/proceedings/XXXVIII/3-W8/papers/201_laserscanning09.pdf Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=65044 Analysis of full-waveform lidar data for classification of urban areas / Clément Mallet in Photogrammetrie Fernerkundung Geoinformation, vol 2008 n° 5 ([01/09/2008])
[article]
Titre : Analysis of full-waveform lidar data for classification of urban areas Type de document : Article/Communication Auteurs : Clément Mallet , Auteur ; Frédéric Bretar, Auteur ; Uwe Soergel, Auteur Année de publication : 2008 Article en page(s) : pp 337 - 349 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Lasergrammétrie
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] données localisées 3D
[Termes IGN] forme d'onde pleine
[Termes IGN] semis de points
[Termes IGN] zone urbaineRésumé : (auteur) In contrast to conventional airborne multi-echo laser scanner systems, full-waveform (FW) lidar systems are able to record the entire emitted and backscattered signal of each laser pulse. Instead of clouds of individual 3D points, FW devices provide connected 1D profiles of the 3D scene, which contain more detailed and additional information about the structure of the illuminated surfaces. This paper is focused on the analysis of FW data in urban areas. The problem of modelling FW lidar signals is first tackled. The standard method assumes the waveform to be the superposition of signal contributions of each scattering object in such a laser beam, which are approximated by Gaussian distributions. This model is suitable in many cases, especially in vegetated terrain. However, since it is not tailored to urban waveforms, the generalized Gaussian model is selected instead here. Then, a pattern recognition method for urban area classification is proposed. A supervised method using Support Vector Machines is performed on the FW point cloud based on the parameters extracted from the post-processing step. Results show that it is possible to partition urban areas in building, vegetation, natural ground and artificial ground regions with high accuracy using only lidar waveforms. Numéro de notice : A2008-569 Affiliation des auteurs : MATIS+Ext (1993-2011) Thématique : IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueNat DOI : sans Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=94307
in Photogrammetrie Fernerkundung Geoinformation > vol 2008 n° 5 [01/09/2008] . - pp 337 - 349[article]Le lidar topographique à retour d'onde complète: Etat de l'art / Clément Mallet in Traitement du signal, vol 24 n° 6 (01/12/2007)
[article]
Titre : Le lidar topographique à retour d'onde complète: Etat de l'art Type de document : Article/Communication Auteurs : Clément Mallet , Auteur ; Frédéric Bretar, Auteur Année de publication : 2007 Article en page(s) : pp 441 - 465 Langues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Lasergrammétrie
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] données localisées 3D
[Termes IGN] état de l'art
[Termes IGN] forme d'onde pleine
[Termes IGN] LidarNuméro de notice : A2007-108 Affiliation des auteurs : IGN (1940-2011) Thématique : IMAGERIE Nature : Article DOI : sans Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=83557
in Traitement du signal > vol 24 n° 6 (01/12/2007) . - pp 441 - 465[article]Exemplaires(1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité 20060 DEP-TRC Revue LASTIG Dépôt en unité Exclu du prêt Le lidar à retour d'onde complet : nature de l'information enregistrée et perspectives d'utilisations / Sylvie Durrieu in Revue Française de Photogrammétrie et de Télédétection, n° 186 (Juin 2007)PermalinkPermalinkInitial analysis and visualization of waveform laser scanner data / Johanna Töpel (2005)Permalink