[發明專利]一種結合形態學濾波的Gm-APD激光雷達低信噪比回波數據重構方法

在審

• 申請號: 202110005834.1
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112764005A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 孫劍峰;馬樂;劉迪;周鑫;楊現輝;王林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;哈工大（北京）工業技術創新研究院有限公司
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明公開了一種結合形態學濾波的Gm?APD激光雷達低信噪比回波數據重構方法。步驟1：對原始數據做直方圖統計；步驟2：利用空間相關性做直方圖權重疊加，得到新的直方圖；步驟3：對步驟2的新的直方圖匹配濾波算法；步驟4：將步驟3經過濾波提取的像素點，進行4?鄰域相關去噪；步驟5：將4?鄰域去噪后的像素點進行形態學濾波去燥，得到高信噪比的距離像及實現50Hz實時成像。本方法能得到高信噪比的距離像，同時實現50Hz實時成像。

技術領域

本發明屬于激光雷達領域，具體涉及一種結合形態學濾波的Gm-APD激光雷達低信噪比回波數據重構方法。

背景技術

目前對于陣列Geiger mode-avalanche photodiode即Gm-APD的三維成像大多使用閾值進行噪聲像素點的去除，對于低信噪比回波數據無法做到實時成像。現有技術中，在首達光子中使用優化方程求解方法重構得到距離像及強度像，實驗條件信噪比為1，遠距離探測時該條件較難滿足。

針對首達光子改進的方法，在其基礎上將1范數改為2范數，TV范數等，其成像都是近距離目標，且大多為室內，噪聲水平較低，信噪比水平較高。

在上述的基礎上使用提出矯正直方圖算法，實現320m目標全景成像，從數據結果上看，使波峰明顯高于背景噪聲，有助于閾值的選擇，成單幅像需要1s。進一步的使用單點掃描方式，在信噪比為0.11條件下實現21km成像，每個像素點30ms，具體成像時間與成像陣列尺寸相關。本發明在閾值基礎上，結合形態學濾波實現進一步的低信噪比回波數據重構方法。

發明內容

本發明提供一種結合形態學濾波的Gm-APD激光雷達低信噪比回波數據重構方法，針對陣列Gm-APD的低信噪比回波數據提出完整的重構方法流程，可以得到高信噪比的距離像，同時實現50Hz實時成像。

本發明通過以下技術方案實現：

一種結合形態學濾波的Gm-APD激光雷達低信噪比回波數據重構方法，所述重構方法包括以下步驟：

步驟1：對原始數據做直方圖統計；

步驟2：利用空間相關性做直方圖權重疊加，得到新的直方圖；

步驟3：對步驟2的新的直方圖匹配濾波算法；

步驟4：將步驟3經過濾波提取的像素點，進行4-鄰域相關去噪；

步驟5：將4-鄰域去噪后的像素點進行形態學濾波去燥，得到高信噪比的距離像及實現50Hz實時成像。

進一步的，所述步驟1的直方圖通過激光脈沖的時間間隔T_D、延時T_S和時間t_d，再基于觸發直方圖進行信號提取及目標距離值重構，即在上位機的控制下，激光發射后經延時T_S后計時器及探測器開始工作，t_d時間后探測器發生觸發，探測器停止工作并記錄此時的時間，得到第一次探測的時間值，多脈沖下重復此過程統計得到觸發頻數直方圖。

進一步的，所述步驟2的具體為根據相鄰像素的目標距離值相近，將相鄰像素點的回波直方圖加以權重疊加到中心像素點得到新的直方圖，將鄰域參與統計等效于計算后的統計幀數，得到新的直方圖；

鄰域統計直方圖公式為：

其中Y為鄰域統計后的直方圖分布，y為原始直方圖分布，w(i，j)為鄰域權重。

進一步的，根據步驟2的鄰域選擇為4-鄰域，并代入步驟3，所述步驟3具體為對觸發直方圖進行窗口平滑，窗口選擇激光脈寬占據選通門的間隔數，通過對窗內頻數加權，進行去噪及提取目標處理；

匹配濾波算法算法表達式為：

K(i)＝q(i)