[發明專利]水下激光選通成像距離能量包絡優先去噪方法

有效

• 申請號: 202110463747.0
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113176549B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 王敏敏;王新偉;周燕
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48;G01S17/894
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

一種水下激光選通成像距離能量包絡優先去噪方法，包括：獲取水下感興趣區域的水下激光選通原始圖；基于水下激光選通原始圖的距離能量包絡，計算場景深度圖；基于場景深度圖，計算深度噪聲圖和距離傳輸率；將水下激光選通原始圖減去深度噪聲圖，再除以距離傳輸率，獲得最終的去噪圖像。本公開提供的方法適應性好，靈活性強，適用于不同水質下的水下激光選通圖像的增強，提高了距離選通成像質量。

技術領域

本公開涉及水下二維激光選通成像技術領域，尤其涉及一種水下激光選通成像距離能量包絡優先去噪方法。

背景技術

激光選通成像技術是一種新型的實時主動光學成像技術，具有較高的分辨率且作用距離遠、抗環境干擾能力強，被廣泛應用于水下成像、避障導航、地形地貌測繪和目標身份識別等領域。

激光選通成像可通過回波展寬效應構造特定幾何形狀的距離能量包絡，距離能量包絡位于感興趣區域內，實現感興趣區域切片成像，抑制成像系統和感興趣區域內的散射噪聲干擾。該技術代表性研究單位包括法德圣路易斯研究院和中國科學院半導體研究所，其中，前者提出了基于梯形距離能量包絡的成像方法[Opt.Lett.，2007，Vol.32(21)，3146-3148]，后者提出了基于三角形距離能量包絡的成像方法[Appl.Opt.，2013，Vol.52(30)，7399-7046]。但是，激光選通技術應用于水下成像時，仍受到感興趣區域內水體后向散射等噪聲的影響，如圖1所示，導致水下激光選通圖像存在對比度低、分辨率低等問題。由于目標位于不同的成像距離處，水體后向散射噪聲分布不均勻。傳統方法無法針對性的去除不均勻的水下激光選通圖像噪聲。去除后向散射噪聲能夠進一步提高激光選通成像技術在水下成像中的應用前景和技術生命力。

發明內容

鑒于上述問題，本公開提出了一種水下激光選通成像距離能量包絡優先去噪方法，根據場景深度信息估算不同距離目標的深度噪聲圖和距離傳輸率，有效地提高水下距離選通成像質量。

本公開的一個方面提供了一種水下激光選通成像距離能量包絡優先去噪方法，包括：獲取水下感興趣區域的水下激光選通原始圖；基于所述水下激光選通原始圖的距離能量包絡，計算場景深度圖；基于所述場景深度圖，計算深度噪聲圖和距離傳輸率；將所述水下激光選通原始圖減去深度噪聲圖，再除以距離傳輸率，獲得最終的去噪圖像。

可選地，獲取所述水下激光選通原始圖包括：采用脈沖激光器作發射激光脈沖，選通成像器件作為探測器探測選通脈沖，對水下感興趣區域的目標進行探測，其中，通過時序控制模塊控制選通脈沖和激光脈沖之間的延時；根據所述探測信號，生成所述水下激光選通原始圖。

可選地，所述獲取水下感興趣區域的水下激光選通原始圖，所述方法還包括：對所述水下激光選通原始圖進行濾波去噪處理。

可選地，所述獲取所述水下激光選通原始圖的距離能量包絡的計算公式包括：

其中，β_{距離能量包絡}表示所述距離能量包絡，R表示場景深度圖，g(t)和P_L(t)分別表示選通脈沖函數和激光脈沖函數，t表示時間。

可選地，所述方法還包括：計算所述感興趣區域與所述成像系統之間的距離最小值R_begin、距離最大值R_end和成像距離R_τ；獲取所述水下激光選通原始圖中所述感興趣區域[R_begin，R_τ]內的深度值；設所述場景深度圖的場景深度值位于所述感興趣區域[R_begin，R_τ]范圍的深度值之間，將所述場景深度圖中大于所述感興趣區域的R_τ處的深度值的值均修正為R_τ處的深度值。

可選地，所述計算所述感興趣區域與所述成像系統之間的距離最小值R_begin、距離最大值R_end和成像距離R_τ包括：