[发明专利]一种三维固态面阵激光雷达非均匀校正方法

说明书

本发明公开了一种三维固态面阵激光雷达非均匀校正方法，能够很好地解决非均匀校正过程中非线性噪声的问题。方案为：采用三维固态面阵激光雷达采集距离图像，将采集到的距离图像沿时间轴分为K个帧块。根据先验知识确定非均匀性噪声满足的分布函数并进行N次粒子随机采样，每个粒子的初始权值为1/N。利用状态转移模型估计每个粒子的新状态，使粒子都能够按照对应的方式进行状态转移。根据时间序列采用最大似然估计方法进行方差的计算，进一步更新帧块中每个粒子的权值；对粒子权重设定一个衡量标准Neff，将权值小于Neff的粒子，依据权值大于Neff的粒子位置进行重新分配。计算非均匀性噪声并结合实际测得的激光信号对三维固态面阵激光雷达进行实时校正。

技术领域

本发明涉及三维激光雷达深度数据校正技术领域，具体涉及一种三维固态面阵激光雷达非均匀校正方法。

背景技术

由于制造工艺限制，三维固态面阵激光雷达中探测器不同像素表现出不同响应特性，同时三维固态面阵激光雷达在长时间工作后，由于温度变化、电路干扰等因素影响，使三维固态面阵激光雷达深度数据发生非均匀性漂移。

目前，国内外已经提出了许多非均匀校正算法，总的来说可以分为两类：一类是基于标定的方法，这种方法具有较高的校正精度，但校正系统体积较大，成本也较高，并且在标定过程中成像系统必须暂停工作，严重制约了该类算法的使用范围。另一类是基于场景的方法，如卡尔曼滤波法、粒子滤波方法等，卡尔曼滤波法在设计时状态空间模型必须为线性和高斯的，而实际非均匀校正过程中这一条件很难达到，另外粒子滤波方法在设计时方差采用固定值或者仅通过场景的变化量近似计算，预测误差较大且粒子分布收敛速度较慢，影响校正实时性。

因此目前需要解决在对三维固态面阵激光雷达进行非均匀性校正时的非线性噪声估计和处理速度慢的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种三维固态面阵激光雷达非均匀校正方法，能够很好地解决非均匀校正过程中非线性噪声估计和处理速度慢的问题，且准确度高、实时性高、计算量小。

本发明的技术方案为：

一种三维固态面阵激光雷达非均匀校正方法，包括如下步骤：

步骤一、采用三维固态面阵激光雷达采集获得距离图像序列，将采集到的距离图像序列沿时间轴分为K个帧块。

步骤二、根据先验知识确定非均匀性噪声满足的分布函数并进行N次粒子随机采样，每个粒子的初始权值为1/N。

步骤三、利用状态转移模型估计每个粒子的新状态，使粒子都能够按照对应的方式进行状态转移。

状态转移模型为B_k＝f(B_k-1)+W_k-1。

其中B_k为第k个帧块中的非均匀性噪声，W_k-1为第k个帧块中的驱动噪声；f(·)为非线性函数。

步骤四、更新第k个帧块中第i个粒子的权值为：

其中δ_k(n)为第k个帧块中相邻两帧图像，即第n+1帧图像和第n帧图像之间的差值；为δ_k(n)的均值；其中Y_k(1)为第k个帧块中第1帧图像的实际测得的激光信号，对于第k-1个帧块，最后一幅图像Y_k-1(l_k-1)的校正结果为为第i个粒子的非均匀性噪声分量；δ_k(n)满足正态分布，σ为标准差；并对所有粒子的权值进行归一化处理。

步骤五、对粒子权重设定一个衡量标准Neff，将权值小于阈值的粒子，依据权值大于Neff的粒子位置进行重新分配。

步骤六、非均匀性噪声噪声为：