三維激光雷達成像數(shù)據(jù)處理與可視化研究.pdf

1、三維激光雷達系統(tǒng)的成像，是由激光雷達發(fā)射出一個脈沖信號或者一系列掃描光束，從探測目標返回的回波信號的二維平面信息和激光雷達測距得到的距離信息來合成圖像的技術。激光雷達的發(fā)射脈沖具有方向性、相干性、單色性和亮度等方面的優(yōu)越性，使其發(fā)出的信號，抗干擾能力比普通的微波雷達要強，更加有助于目標的探測和識別，如探測潛艇、隱形飛機、地質(zhì)探測、導彈跟蹤等領域。由于三維激光雷達使用環(huán)境的復雜和多變性，對激光雷達接收系統(tǒng)探測回波信號，特別是微弱回波信號的

2、能力就要更高的要求。如果要提高激光雷達的探測能力和成像精度，那么除了提高激光雷達的發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的硬件水平以外，還要找到一種更加有效的回波信號處理方法和激光三維成像構造方法。
　　本論文以閃光激光雷達系統(tǒng)為基礎，先從激光雷達系統(tǒng)的系統(tǒng)構造和成像原理開始分析，依據(jù)分析所得的三維激光雷達系統(tǒng)的主要模塊，用Matlab工具建立了數(shù)值模型；在各個數(shù)值模型中考慮了可能會影響激光成像的因素，接著引進小波分析理論，并對回波信號進行了小波去噪

3、的理論仿真，最后依據(jù)GoogleEarth工具提供的實物點云數(shù)據(jù)，用激光雷達距離方程計算模型強度像和距離像，經(jīng)過小波去噪處理后，對目標進行三維重建。本論文首次利用小波分析的方法對激光雷達的二維和三維像進行了去噪研究，主要內(nèi)容如下所示：
　　1．詳細介紹了三維激光雷達系統(tǒng)的主要結構和工作原理；
　　2．由激光雷達的工作原理，確定系統(tǒng)模型，可分為5個模塊：發(fā)射模塊，需要考慮光脈沖能量的空間分布、時間分布以及脈沖寬度等因素；大氣模

4、塊，其影響可歸結為大氣衰減因素；探測目標模塊，歸一化的用雙向反射密度函數(shù)BRDF來描述物體的反射性能；接收模塊，主要考慮APD探測器的探測性能以及信噪比和增益的關系；信號處理與成像模塊，依據(jù)Matlab語言建立，分為小波理論分析仿真和成像結果顯示兩個部分，用來演示仿真結果；
　　3．通過分析所得的各個模塊的主要性能和對激光雷達系統(tǒng)產(chǎn)生影響的因素，確定回波信號模型；依據(jù)探測器陣列大小對回波信號強度信息進行抽樣處理，研究了探測器探測概

5、率分布和陣列大小之間的關系；
　　4．首先介紹激光雷達回波信號中噪聲的特性，分析小波去噪的基本理論，經(jīng)過仿真分析，選定了一種適合激光雷達的軟閾值去噪方法，建立了理論模型；在激光雷達微弱回波信號的前提下，通過Matlab仿真對比，選擇了有利于提高信噪比的小波基和其對應的最佳分解層次；
　　5．依據(jù)三維激光雷達的點云數(shù)據(jù)，構造出目標原始三維模型，推導出激光雷達方程的模塊化表示方法，提取出點云數(shù)據(jù)中的強度信息數(shù)據(jù)，依據(jù)推導出的激光