[发明专利]一种激光反射断层成像多角度激光回波配准方法

说明书

本发明提出一种激光反射断层成像多角度激光回波配准方法，利用滤波反投影算法得到目标重建图像，然后对图像进行自动阈值分割处理得到阈值分割图像，根据阈值化处理图像利用线段提取算法给出直线的初始估计，然后由多条估计直线围成的闭合目标轮廓来构建估计图像，通过对估计图像与阈值分割图像的误差函数比较来调制直线参数直到误差函数达到最小值，确定各条直线的参数，提取出其围成封闭图形的轮廓，得到各角度估计投影峰值位置的坐标，最后按照每个投影峰值相对估计结果的偏差进行配准，将各角度投影按照峰值位置移动至估计投影的峰值位置处，从而实现激光反射断层成像多角度激光回波配准。

技术领域

本发明属于激光雷达成像技术领域，尤其涉及一种激光反射断层成像多角度激光回波配准方法。

背景技术

激光反射断层成像是一种兼顾远距离和高分辨率成像的新型激光雷达成像技术，最早由Parker J K于1988年提出(Parker J K,Craig E B,Klick D I,et al.Reflectivetomography:images from rangeresolved laser radar measurements[J].Appl Opt,1988,27(13):2642-2643)。这项技术是通过激光雷达探测目标的多个角度并收集回波信号，获取目标多角度的深度信息，利用成像算法来计算重构目标的断层面轮廓图像。但在实际工作过程中，由于目标或探测器的抖动，激光脉冲发射和探测器接收的随机抖动等，会在时间维度上出现信号漂移，影响重构图像的准确性，因此需要将采集到的回波信号按照统一的时间基准重新排列，即对各个角度的激光回波进行配准处理。

2、与本专利最接近的现有技术

现有的配准方法主要包括参考屏法、特征点跟踪法、分光法和相位恢复算法。参考屏法是在目标前后找到可以参考的时间基准，接收的回波按参考峰统一配准，其要求参考屏始终相对光束不动且最好满足垂直入射条件，反射率要尽量大，不能被目标遮挡或者遮挡住目标。参考屏法简单易操作，但在实际空间目标附近很难有理想的参考屏，因此这种方法主要适用于地面验证实验；特征点跟踪法(Jin X,Sun J,Yan Y,et al.Featuretracking for projection registration in laboratory-scale reflectivetomography laser radar imaging[J].Optics Communications,2010,283(18):3475–3480)是基于目标有反射系数突变的点，其在投影回波上反映为尖峰或低谷，据此进行配准。但是目标表面往往缺少特征点，且要想将特征点分辨出来，需要发射激光的脉宽足够小，这都对此种方法的应用提出了限制；分光法是将发射激光通过分束镜一分为二，一部分照射目标，另一部分返回到探测器，作为配准的基准。这种方法比较准确，但是由于远距离探测回波间隔时间相对投影回波脉宽较长，对探测器的采集时间长度要求较高。相位恢复算法(赵楠翔,胡以华.激光反射层析成像相位恢复算法研究[J].红外与激光工程,2019,48(10))是通过已知衍射强度分布与目标振幅分布函数，在频域和空间进行反复傅里叶正逆变换，逐步恢复目标的相位信息。通过反复光强迭代消除目标随机运动造成的相位误差，达到减少重构误差、恢复目标图像的目的。但实际重构结果表明其主要消除了重构图像的伪迹，从而改善了重构图像质量，并不能完全消除多角度激光回波数据与投影中心之间存在的相对位移。

图1给出了一种现有的反射投影成像投影图中心的配准方法。

该方法是先利用特征点对反射投影中心进行粗对准，再使用相位恢复算法对投影中心进行进一步对准的方法，这种方法原理可靠，易于实现投影中心的对准，可以有效提高成像图像质量，减少外界因素的影响，更加有效及快速的实现反投影成像。是目前实现激光反射断层成像多角度激光回波配准后重建图像质量提升较为显著的方法。

2.2现有技术的缺点