[发明专利]一种基于块匹配3D协同滤波的激光雷达回波信号信噪比提升方法

权利要求书

1.一种基于块匹配3D协同滤波的激光雷达回波信号信噪比提升方法，其特征在于，综合考虑激光雷达回波信号的时、空维度信息，能在较高时空分辨率下提高回波信号的信噪比，包括以下步骤：

(1)输入激光雷达回波信号V(x)及其高斯噪声标准差σ；

(2)依据激光雷达回波信号的不同采集模式，对激光雷达回波信号进行相应预处理，获得算法输入信号u(x)；对于模拟探测和光子计数探测的激光雷达回波信号采用不同的方式进行预处理，其中，对于模拟探测激光雷达回波信号进行预处理的公式如下：

式中，i＝1,2,3…为不同时间的回波单廓线序号，V_i(r)为激光雷达廓线回波信号，r为距离，V_i,b为背景噪声；

对于光子计数探测的激光雷达回波信号进行预处理时，进行Anscombe变换，使得回波信号噪声模型由Poisson分布转变为类高斯分布，具体公式如下：

式中，V_i(r)为激光雷达廓线回波信号；

(3)确定初始噪声图像中参考块P尺寸k^hard×k^hard和搜索区域范围n^hard×n^hard，利用2D线性变换和硬阈值滤波，获得与参考块P相关性最大的N^hard个相似块，堆聚成3D图像集N^P；

(4)对3D图像集N^P进行3D线性变换，通过硬阈值滤波收缩变换域系数，再进行反3D线性变换以及图像位置复原，得到硬阈值评估结果u^hard(x)；

其中，对3D图像集N^P进行3D线性变换包括2D线性变换和1D线性变换两个步骤，2D线性变换为bior1.5小波变换，1D线性变换为haar小波变换；硬阈值滤波通过将小于阈值的变换域系数置0，而使得大于阈值的变换域系数不变；最终将收缩后的系数进行反3D线性变换并恢复到原始图像位置；硬阈值评估结果u^hard(x)由下式计算获得：

式中，操作符Γ代表将3D图像集恢复到原图像位置，N^hard,P为经过硬阈值滤波后的3D图像集，为进行3D线性变换，为反3D线性变换，γ为硬阈值滤波操作；

(5)通过设定的平移步长逐渐改变参考块P位置，重复步骤(3)和(4)，并遍历整幅噪声图像，得到整幅图像不同位置的硬阈值评估结果，并对硬阈值评估结果加权求和获得每个像素的基本评估结果u^basic(x)；

(6)以每个像素的基本评估结果u^basic(x)进行块匹配，确定参考块以及块匹配相关参数，获得相关性最大的N^wien个相似块，以相同的顺序将基本评估结果u^basic(x)和算法输入信号u(x)堆聚成两个3D图像集，分别对应N^basic,P和N^P；

(7)对3D图像集N^basic,P和N^P进行3D线性变换，3D线性变换由2D线性变换和1D线性变换组成，其中2D线性变换为离散余弦变换，1D线性变换为haar小波变换；利用3D图像集N^basic,P的变换谱系数计算维纳滤波收缩系数并收缩N^P的变换谱系数，再进行反3D线性变换以及图像位置复原，获得图像的维纳滤波评估结果u^wien(x)；

(8)通过滑动步长改变参考块位置并遍历整个噪声图像，对所有参考块的维纳滤波评估结果u^wien(x)进行聚合，加权求和获得每个像素的最终评估结果u^final(x)；

(9)根据步骤(2)，将图像u^final(x)反变换，获得经滤波后信噪比提升后的激光雷达回波信号。