【摘要】：Gm-APD(Geiger-Mode of Avalanche Photodiodes)由于其單光子靈敏度使得遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測成為可能,從而成為了激光雷達(dá)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。Gm-APD陣列激光雷達(dá)距離像的性質(zhì)與傳統(tǒng)的距離像性質(zhì)存在很大的差異從而導(dǎo)致傳統(tǒng)的距離像處理技術(shù)無法應(yīng)用,本文針對這一情況,研究了Gm-APD陣列激光雷達(dá)距離像復(fù)原技術(shù)以及噪聲抑制技術(shù)改善了距離像性能。首先,本文介紹了Gm-APD陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理,對其系統(tǒng)噪聲以及Gm-APD陣列激光雷達(dá)實(shí)測距離像特性進(jìn)行了分析,并對Gm-APD陣列激光雷達(dá)系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行了仿真并得到了仿真距離像,用于后續(xù)圖像處理算法的提出與驗(yàn)證。最后對仿真距離像的噪聲特性進(jìn)行了分析,研究結(jié)果表明距離反常噪聲為白噪聲,為后續(xù)的圖像處理算法的研究奠定基礎(chǔ)。其次,本文提出分步復(fù)原方法對距離像進(jìn)行復(fù)原,其中結(jié)合使用了中值濾波、均值濾波、空間臨近度函數(shù)以及相關(guān)法自適應(yīng)濾波,僅使用4幀仿真原始距離像即可復(fù)原圖像。圖像質(zhì)量評價(jià)結(jié)果顯示改善信噪比值為22.66,均方根誤差值相比含噪距離像下降了68%,結(jié)構(gòu)相似度相比含噪距離像上升了20%,大量的失落信息被復(fù)原,仿真距離像的圖像性能得到了很大的提升。然后,針對復(fù)原距離像中剩余的失落信息以及距離反常噪聲,本文提出了凹、凸字分割噪聲抑制算法,并引入了灰度形態(tài)學(xué)中的開閉運(yùn)算結(jié)合來處理復(fù)原距離像。圖像質(zhì)量評價(jià)結(jié)果顯示改善信噪比值為32.75;均方根誤差值相比于含噪距離像下降了81%;結(jié)構(gòu)相似度相比含噪距離像上升了37%,成功濾除了距離像中失落信息以及距離反常噪聲的同時(shí)較好的保護(hù)了目標(biāo)邊緣信息,距離像性能得到了進(jìn)一步的提升。最后,搭建了32×32面陣Gm-APD激光雷達(dá)成像實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了距離像成像實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證本文提出的距離像復(fù)原算法及噪聲抑制算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,實(shí)測距離像處理結(jié)果與仿真距離像處理結(jié)果大致相同,處理后的距離像具有像素分布均勻、目標(biāo)區(qū)域信息較為完整、目標(biāo)邊緣較為連續(xù)、不含孤立噪聲點(diǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn),距離像性能得到了顯著提升。本文還開發(fā)了一套基于MATLAB的距離像處理軟件,驗(yàn)證了距離像復(fù)原算法及噪聲抑制算法的處理效果,實(shí)現(xiàn)了距離像處理的一步化操作和可視化操作。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN958.98

【參考文獻(xiàn)】

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1 于加其;楊樹興;朱伯立;;激光雷達(dá)距離像噪聲抑制及方法評價(jià)[J];光電子·激光;2015年06期

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3 張龍;于德志;宋昭;楊光;張華;李海廷;路英賓;陳德章;高建波;卿光弼;;基于Gm-APD的成像激光雷達(dá)目標(biāo)探測特性[J];光學(xué)與光電技術(shù);2013年02期

4 吳麗娟;李麗;任熙明;;蓋革模式APD陣列激光雷達(dá)的三維成像仿真[J];紅外與激光工程;2011年11期

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7 陳曉清;馬君國;付強(qiáng);趙宏鐘;;相干激光雷達(dá)距離像距離反常抑制方法[J];中國激光;2010年01期

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9 李智錄;胡靜;;卡爾曼濾波回歸統(tǒng)計(jì)模型及工程應(yīng)用分析[J];水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測;2007年01期

10 陳哲;李琦;王騏;;相干激光雷達(dá)距離像背景抑制方法比較和分析[J];激光與紅外;2006年12期

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1 徐璐;Gm-APD激光雷達(dá)脈沖累積探測性能的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

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4 李水峰;量子保密通信紅外單光子探測器的溫度控制技術(shù)[D];華南師范大學(xué);2007年

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本文編號：2727366