[發(fā)明專利]一種光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)自適應(yīng)噪聲判斷、濾波方法及裝置

在審

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• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN111766600A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樂源;諶一夫;王力哲;陳剛;陳偉濤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;G01S7/487;G01S7/4861;G01S7/481;G01S7/48
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11473
• 代理人: 陳雪飛

本發(fā)明提供了一種光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)自適應(yīng)噪聲判斷、濾波方法及裝置，涉及激光探測技術(shù)領(lǐng)域，包括：獲取原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征確定其中的噪聲集中分布區(qū)域；根據(jù)噪聲集中分布區(qū)域內(nèi)的激光光束和光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)，確定平均噪聲密度；根據(jù)平均噪聲密度和每個光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的體素激光光束，確定每個光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)的體素噪聲密度；根據(jù)對應(yīng)的體素光子統(tǒng)計(jì)數(shù)和對應(yīng)的體素噪聲密度，確定每個光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)為噪聲信號或有效光子信號。本發(fā)明利用激光光束跟蹤噪聲的方式，有效確定原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲信號和有效光子信號，以此達(dá)到有效濾波的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光探測技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)自適應(yīng)噪聲判斷、濾波方法及裝置。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)線性探測體制激光雷達(dá)的探測數(shù)據(jù)是記錄激光脈沖在整個傳輸過程的回波波形信號，該探測方法對激光脈沖的能量需求大，為了能探測更準(zhǔn)確的目標(biāo)回波信號，往往通過增大發(fā)射激光的能量的方式，因而對硬件的要求較為苛刻。

光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)是近年來發(fā)展出來的新型激光探測技術(shù)，其引入時間相關(guān)光子計(jì)數(shù)技術(shù)，極大地提高了系統(tǒng)的時間測量分辨率和探測靈敏度，同時也降低了對激光脈沖能量的要求。但是，由于光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)的傳感器極其靈敏，在獲取少量有效信號光子的同時，也會記錄環(huán)境背景、探測器暗計(jì)數(shù)、多路徑效應(yīng)等導(dǎo)致的大量噪聲。因此，如何有效判別光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)接收信號中的噪聲，是目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是如何有效判別光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)接收信號中的噪聲，為達(dá)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)自適應(yīng)噪聲判斷方法，其包括：

獲取原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)所述原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征確定噪聲集中分布區(qū)域；

根據(jù)所述噪聲集中分布區(qū)域內(nèi)的激光光束和光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)，確定平均噪聲密度；

根據(jù)所述平均噪聲密度和所述原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個所述光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的體素激光光束，確定每個所述光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的立體區(qū)域中的體素噪聲密度，其中，以每個所述光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)為中心建立對應(yīng)的所述立體區(qū)域，所述體素激光光束為對應(yīng)的所述立體區(qū)域內(nèi)的激光光束；

根據(jù)對應(yīng)的體素光子統(tǒng)計(jì)數(shù)和對應(yīng)的所述體素噪聲密度，判斷每個所述光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)是否為噪聲信號，其中，所述體素光子統(tǒng)計(jì)數(shù)為對應(yīng)的所述立體區(qū)域內(nèi)的所述光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)量。

由此，本發(fā)明提供的光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)自適應(yīng)噪聲判斷方法利用了原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征初步確定噪聲信號集中分布的范圍，即噪聲集中分布區(qū)域；并利用光束跟蹤噪聲的原理，根據(jù)噪聲集中分布區(qū)域內(nèi)的激光光束和光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)，有效估計(jì)激光光束的平均噪聲密度；最后，針對每個光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)所建立的立體區(qū)域，同樣利用光束跟蹤噪聲的原理和該立體區(qū)域的光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)特征，判別每個光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)是否為噪聲信號。綜上，本發(fā)明充分利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征和光束跟蹤噪聲的原理，確定了每一條激光光束的平均噪聲密度，再根據(jù)平均噪聲密度確定每個光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)所建立的立體區(qū)域的體素光子統(tǒng)計(jì)數(shù)和體素噪聲密度，以此有效反映該區(qū)域的噪聲分布特征，利用噪聲分布特征達(dá)到有效判別每個光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)是否為噪聲信號的目的，準(zhǔn)確高效地判別了原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲。

進(jìn)一步地，所述獲取原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)所述原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征確定噪聲集中分布區(qū)域包括：

通過比較每個切片單元內(nèi)包含的所述光子信號數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)量，確定所述原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的切片中心，其中，所述切片單元為所述原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)沿著高程方向切分的基本單元；

根據(jù)切片高程距離和預(yù)設(shè)的偏移距離，確定所述原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的所述噪聲集中分布區(qū)域，其中，所述切片高程距離為所述切片中心的高程距離。