增益調(diào)制成像激光雷達(dá)弱信號(hào)檢測(cè)的研究.pdf

1、增益調(diào)制三維無(wú)掃描成像激光雷達(dá)是一種結(jié)合了陣列成像、距離選通、增益調(diào)幅和脈沖測(cè)距的新體制成像激光雷達(dá)。系統(tǒng)采用目前十分成熟的陣列器件ICCD作為探測(cè)器,能夠在一個(gè)脈沖周期內(nèi)對(duì)目標(biāo)同時(shí)成兩幅強(qiáng)度像,數(shù)據(jù)后處理運(yùn)算速度快,能夠滿足高幀頻成像的要求,在未來(lái)成像激光雷達(dá)的發(fā)展中潛力很大。然而,增益調(diào)制型三維無(wú)掃描成像激光雷達(dá)在遠(yuǎn)距離弱信號(hào)條件下的成像結(jié)果受噪聲干擾十分嚴(yán)重,測(cè)距誤差較大。本論文在研究系統(tǒng)噪聲干擾及其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,針對(duì)性地提出了相

2、應(yīng)的圖像處理算法,以達(dá)到抑制噪聲提高系統(tǒng)測(cè)距精度的目的。
　　本文首先對(duì)三維無(wú)掃描增益成像激光雷達(dá)的基本工作原理進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上研究了增益調(diào)制狀態(tài)下ICCD各個(gè)部分的噪聲及其隨機(jī)特性,并得出遠(yuǎn)距離弱信號(hào)條件下圖像噪聲與信噪比的關(guān)系。理論計(jì)算表明,只有同時(shí)提高兩幅增益像的信噪比才能夠最有效的提高系統(tǒng)測(cè)距精度。
　　為了降低背景噪聲干擾,本文對(duì)增益強(qiáng)度像噪聲閾值的分割處理進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。先通過(guò)自適應(yīng)閾值分割處理算法將增

3、益像中的目標(biāo)和背景分割,然后對(duì)增益像目標(biāo)區(qū)域的像素點(diǎn)進(jìn)行雙閾值化處理研究,得出了測(cè)距誤差最小時(shí)最佳閾值。經(jīng)過(guò)最佳閾值處理后,系統(tǒng)對(duì)兩座建筑物目標(biāo)的測(cè)距誤差分別減小了58％和62%。本文定義了距離像的誤判率函數(shù)來(lái)描述閾值化過(guò)程中信號(hào)與噪聲之間發(fā)生誤判的概率,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了誤判率最低時(shí)的雙閾值。
　　為了提高增益像的信噪比,本文對(duì)增益強(qiáng)度像噪聲漲落特性以及相應(yīng)的噪聲抑制算法進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。分析了遠(yuǎn)距離弱信號(hào)條件下增益調(diào)制激

4、光雷達(dá)圖像中信號(hào)與噪聲的特點(diǎn),并對(duì)兩幅增益像中背景噪聲漲落的差異性進(jìn)行了研究。在高增益(g?V22026)的情況下,指數(shù)增益像背景噪聲的累積效率只是常數(shù)增益像的45%。本文對(duì)像素合并算法進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)定義像素合并效率來(lái)描述像素合并算法對(duì)噪聲的抑制程度。對(duì)增益像的處理的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,像素合并算法能夠?qū)⒕嚯x像的測(cè)距誤差降低45%,距離像的合并效率為34%。此外,本文還對(duì)MeanShift算法進(jìn)行了自適應(yīng)化改進(jìn),并將其應(yīng)用于增益像