[发明专利]基于光子计数熵的激光三维成像云雾后向散射滤除方法及系统

说明书

基于光子计数熵的激光三维成像云雾后向散射滤除方法及系统，涉及激光三维成像技术领域。本发明是为了解决现有云雾环境激光三维成像目标信号峰淹没于后向散射信号，提取目标信号峰需要长时间统计探测，测量实时性差，且云雾多径效应导致目标信号峰展宽，距离分辨率低的问题。本发明利用两步滤噪处理滤除后向散射噪声，提高信噪比，能够获取高精度目标距离像。利用滑窗处理结合光子计数熵滤除后向散射噪声，同时增强目标信号的信噪比，实现高精度实时距离像获取。

技术领域

本发明属于激光三维成像技术领域。

背景技术

云雾环境激光三维成像对科学和技术领域都具有重要的意义，无论在地形测绘、自动驾驶等民用方面，还是战场环境预警、导航等军用方面。云雾环境激光三维成像目标信号峰淹没于后向散射信号，提取目标信号峰需要长时间统计探测，测量实时性差，且云雾多径效应导致目标信号峰展宽，距离分辨率低。

发明内容

本发明是为了解决现有云雾环境激光三维成像目标信号峰淹没于后向散射信号，提取目标信号峰需要长时间统计探测，测量实时性差，且云雾多径效应导致目标信号峰展宽，距离分辨率低的问题，现提供基于光子计数熵的激光三维成像云雾后向散射滤除方法及系统。

基于光子计数熵的激光三维成像云雾后向散射滤除方法，该方法基于以下装置实现，所述装置包括：扫描装置、发射/接收系统、盖格模式雪崩光电二极管；

光源发射的激光脉冲能够入射至扫描装置，扫描装置能够使得其接收到的光束以任意角度入射至视场内，扫描装置的出射光束能够通过发射/接收系统照射至被测目标，所述被测目标位于云雾环境中，经被测目标反射后的光束能够被发射/接收系统接收，发射/接收系统能够将反射后的光束照射至盖格模式雪崩光电二极管的光敏面；

设K为光源发射激光脉冲的总次数，j＝1,2,...,L+M，L为包含目标的回波信号的总数，M为不包含目标的回波信号的总数，所述基于光子计数熵的激光三维成像云雾后向散射滤除方法包括以下步骤：

初始化：启动光源发出激光脉冲，使j＝1，

步骤一：调整扫描装置使其接收到的光束以角度α_j入射至视场内，α_j≠α_j+1，

步骤二：将光源发射激光脉冲的时刻标记为计时起点，将盖格模式雪崩光电二极管发生响应的时刻标记为计时终点，将计时起点与计时终点作差获得飞行时间，记录该飞行时间内的回波信号，所述回波信号为光子计数次数，

步骤三：判断j是否等于L+M，是则执行步骤四，否则使j＝j+1，然后返回步骤一，

步骤四：分别计算每个回波信号对应的光子计数熵，并依据光子计数熵判断每个回波信号是否包含目标，

步骤五：利用不包含目标的回波信号特征拟合视场内后向散射峰的分布，将该分布作为估计后的后向散射信号，

步骤六：将估计后的后向散射信号分别与每个包含目标的回波信号作差，使得后向散射噪声被滤除。

进一步的，上述步骤四中根据下式计算光子计数熵：

其中，Y(k)为{y(n)}的离散傅里叶变换结果，|Y(k)|²为Y(k)的能量，H_ck为{y(n)}的光子计数熵，y(n)为第n飞行时间通道的光子计数结果，N为飞行时间通道数，n＝1,2,...,N，N_k为离散频率点的数量，k＝1,2,...,N_k，i为虚数单位。

进一步的，上述步骤四中判断每个回波信号是否包含目标的具体方法为：

预设光子计数熵阈值为H_T，