RSE | 挪威知名研究所突破传统传感器与平台限制开发通用激光雷达深度学习模型

2025年2月挪威生物经济研究所Maciej Wielgosz等人在Remote Sensing of Environment发表了题为SegmentAnyTree: A sensor and platform agnostic deep learning model for tree segmentation using laser scanning data的文章。该研究基于单木树冠(ITC)分割技术,开发了一种不依赖于特定传感器和平台的深度学习模型(SegmentAnyTree),该模型能够适用于从无人机激光扫描(ULS)、地面激光扫描(TLS)到移动激光扫描(MLS)等不同类型的扫描数据。

SegmentAnyTree模型基础架构

核心框架:基于PointGroup架构的3D点云实例分割模型。

主干网络:采用3D U-Net作为特征提取器,使用Minkowski Engine实现稀疏卷积,平衡性能与计算效率。

三个并行分支:语义分割分支;实例中心偏移预测分支;实例嵌入空间分支。

该研究利用多源数据集(ULS、MLS数据)设计五种不同的训练场景,并在不同冠层层次(包括林下层)评估模型性能。研究表明SegmentAnyTree模型实现了传感器与平台无关的树木分割,显著减少人工参数调优需求,在多种激光扫描数据上表现稳健,尤其在点密度 > 50 点/㎡时性能稳定,且对稀疏数据(如10点/㎡)和林下层树木的分割能力有所提升。

研究表明,在训练中引入稀疏度范围10-1000点/平方米的点云数据后,随机下采样增强策略使模型检测率提升最高达20%,F1-score提升5.3%。该策略显著提升了模型性能和跨平台迁移能力,且验证表明其效果与复杂模拟器(如Helios++)相当,证实简单增强方法已足够有效。

在与其它现有方法(如TLS2trees、YOLOv5等)的对比中,该模型的检测率相比现有方法最高可提升20%,计算效率比TLS2trees高80%,在多个公开基准数据集上展现出优越性能。

该文章提出首个端到端的多平台激光雷达单木分割框架,并证明训练不依赖传感器的模型是可行的,突破传统方法对特定传感器/数据密度的依赖,推动资源管理的精细化发展。

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