[发明专利]一种结合形态学滤波的Gm-APD激光雷达低信噪比回波数据重构方法

说明书

本发明公开了一种结合形态学滤波的Gm‑APD激光雷达低信噪比回波数据重构方法。步骤1：对原始数据做直方图统计；步骤2：利用空间相关性做直方图权重叠加，得到新的直方图；步骤3：对步骤2的新的直方图匹配滤波算法；步骤4：将步骤3经过滤波提取的像素点，进行4‑邻域相关去噪；步骤5：将4‑邻域去噪后的像素点进行形态学滤波去燥，得到高信噪比的距离像及实现50Hz实时成像。本方法能得到高信噪比的距离像，同时实现50Hz实时成像。

技术领域

本发明属于激光雷达领域，具体涉及一种结合形态学滤波的Gm-APD激光雷达低信噪比回波数据重构方法。

背景技术

目前对于阵列Geiger mode-avalanche photodiode即Gm-APD的三维成像大多使用阈值进行噪声像素点的去除，对于低信噪比回波数据无法做到实时成像。现有技术中，在首达光子中使用优化方程求解方法重构得到距离像及强度像，实验条件信噪比为1，远距离探测时该条件较难满足。

针对首达光子改进的方法，在其基础上将1范数改为2范数，TV范数等，其成像都是近距离目标，且大多为室内，噪声水平较低，信噪比水平较高。

在上述的基础上使用提出矫正直方图算法，实现320m目标全景成像，从数据结果上看，使波峰明显高于背景噪声，有助于阈值的选择，成单幅像需要1s。进一步的使用单点扫描方式，在信噪比为0.11条件下实现21km成像，每个像素点30ms，具体成像时间与成像阵列尺寸相关。本发明在阈值基础上，结合形态学滤波实现进一步的低信噪比回波数据重构方法。

发明内容

本发明提供一种结合形态学滤波的Gm-APD激光雷达低信噪比回波数据重构方法，针对阵列Gm-APD的低信噪比回波数据提出完整的重构方法流程，可以得到高信噪比的距离像，同时实现50Hz实时成像。

本发明通过以下技术方案实现：

一种结合形态学滤波的Gm-APD激光雷达低信噪比回波数据重构方法，所述重构方法包括以下步骤：

步骤1：对原始数据做直方图统计；

步骤2：利用空间相关性做直方图权重叠加，得到新的直方图；

步骤3：对步骤2的新的直方图匹配滤波算法；

步骤4：将步骤3经过滤波提取的像素点，进行4-邻域相关去噪；

步骤5：将4-邻域去噪后的像素点进行形态学滤波去燥，得到高信噪比的距离像及实现50Hz实时成像。

进一步的，所述步骤1的直方图通过激光脉冲的时间间隔T_D、延时T_S和时间t_d，再基于触发直方图进行信号提取及目标距离值重构，即在上位机的控制下，激光发射后经延时T_S后计时器及探测器开始工作，t_d时间后探测器发生触发，探测器停止工作并记录此时的时间，得到第一次探测的时间值，多脉冲下重复此过程统计得到触发频数直方图。

进一步的，所述步骤2的具体为根据相邻像素的目标距离值相近，将相邻像素点的回波直方图加以权重叠加到中心像素点得到新的直方图，将邻域参与统计等效于计算后的统计帧数，得到新的直方图；

邻域统计直方图公式为：

其中Y为邻域统计后的直方图分布，y为原始直方图分布，w(i，j)为邻域权重。

进一步的，根据步骤2的邻域选择为4-邻域，并代入步骤3，所述步骤3具体为对触发直方图进行窗口平滑，窗口选择激光脉宽占据选通门的间隔数，通过对窗内频数加权，进行去噪及提取目标处理；

匹配滤波算法算法表达式为：

K(i)＝q(i)