增益調(diào)制成像激光雷達弱信號檢測的研究.pdf

1、增益調(diào)制三維無掃描成像激光雷達是一種結(jié)合了陣列成像、距離選通、增益調(diào)幅和脈沖測距的新體制成像激光雷達。系統(tǒng)采用目前十分成熟的陣列器件ICCD作為探測器,能夠在一個脈沖周期內(nèi)對目標同時成兩幅強度像,數(shù)據(jù)后處理運算速度快,能夠滿足高幀頻成像的要求,在未來成像激光雷達的發(fā)展中潛力很大。然而,增益調(diào)制型三維無掃描成像激光雷達在遠距離弱信號條件下的成像結(jié)果受噪聲干擾十分嚴重,測距誤差較大。本論文在研究系統(tǒng)噪聲干擾及其特點的基礎上,針對性地提出了相

2、應的圖像處理算法,以達到抑制噪聲提高系統(tǒng)測距精度的目的。
　　本文首先對三維無掃描增益成像激光雷達的基本工作原理進行分析。在此基礎上研究了增益調(diào)制狀態(tài)下ICCD各個部分的噪聲及其隨機特性,并得出遠距離弱信號條件下圖像噪聲與信噪比的關系。理論計算表明,只有同時提高兩幅增益像的信噪比才能夠最有效的提高系統(tǒng)測距精度。
　　為了降低背景噪聲干擾,本文對增益強度像噪聲閾值的分割處理進行了理論和實驗研究。先通過自適應閾值分割處理算法將增

3、益像中的目標和背景分割,然后對增益像目標區(qū)域的像素點進行雙閾值化處理研究,得出了測距誤差最小時最佳閾值。經(jīng)過最佳閾值處理后,系統(tǒng)對兩座建筑物目標的測距誤差分別減小了58％和62%。本文定義了距離像的誤判率函數(shù)來描述閾值化過程中信號與噪聲之間發(fā)生誤判的概率,并通過實驗結(jié)果得到了誤判率最低時的雙閾值。
　　為了提高增益像的信噪比,本文對增益強度像噪聲漲落特性以及相應的噪聲抑制算法進行了理論和實驗研究。分析了遠距離弱信號條件下增益調(diào)制激

4、光雷達圖像中信號與噪聲的特點,并對兩幅增益像中背景噪聲漲落的差異性進行了研究。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%。本文對像素合并算法進行了理論和實驗研究,通過定義像素合并效率來描述像素合并算法對噪聲的抑制程度。對增益像的處理的統(tǒng)計結(jié)果表明,像素合并算法能夠?qū)⒕嚯x像的測距誤差降低45%,距離像的合并效率為34%。此外,本文還對MeanShift算法進行了自適應化改進,并將其應用于增益像