[发明专利]强噪声环境下单光子成像的目标信息自动提取方法及系统

说明书

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种强噪声环境下单光子成像的目标信息自动提取方法及系统。克服现有的基于高速电子门控的单光子成像技术因目标分布信息未知，依赖于人工设计与调节参数导致实用性受限的问题，主要包括采集原始三维回波数据、确定算法初始参数、估计算法初始门控阈值m及其对应的算法门控范围、计算当前的残差值及门控范围修正值及更新算法门控阈值与门控范围的步骤；该方法无需预设门控时间区间，确保了回波信号较大的动态范围；再采用算法级门控实现目标信号的提取，大幅提高信号的信噪比。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种强噪声环境下单光子成像的目标信息自动提取方法及系统。

背景技术

单光子成像技术作为目前激光雷达技术的主流发展方向之一，在探测灵敏度、光子利用率、成像精度等指标上较传统手段具有诸多优势，因此被广泛应用于远距离成像、水下成像等极端条件下的成像环境。

由于该技术的回波能量一般为单光子量级，因此往往易受太阳辐射、探测器热噪声、后向散射等多种噪声的干扰，因此往往需要大幅增加成像的积分时间以提高回波信号的信噪比，从而大大降低了成像的性能。

为了克服强噪声环境对成像性能的影响，一种有效的做法是将高速电子门控技术应用于单光子成像技术，使得单光子成像系统仅在特定的时间区间内工作，在其他时刻则保持关闭状态，因此成像系统仅接收特定区域的回波信号，因此大大降低了接收到噪声信号的概率却不会损失光子信号，进而提高了回波的信噪比。

高速电子门控目前已在该领域广泛应用，但该技术要求设计人员知晓目标的大致位置，否则无法确定门控的时间区间，而不合理的时间区间设置则可能导致目标信息丢失等严重的问题。由于实际应用中目标信息往往未知，故基于高速电子门控的单光子成像技术实用意义较为有限。

因此目前需要探索一种能够在强噪声环境下自动提取目标信息的技术，使其同时兼具较大的动态范围与门控抑噪的优点，同时满足实际应用中对于实时性的要求。

发明内容

为了克服现有的基于高速电子门控的单光子成像技术因目标分布信息未知，依赖于人工设计与调节参数导致实用性受限的问题，本发明提供一种强噪声环境下单光子成像的目标信息自动提取方法及系统。该方法无需预设门控时间区间，因此确保了回波信号较大的动态范围；再采用算法级门控实现目标信号的提取，以大幅提高信号的信噪比。

本发明的技术方案是提供一种强噪声环境下单光子成像的目标信息自动提取方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：采集原始三维回波数据；

通过单光子成像系统采集原始三维回波数据，获取原始三维回波数据的三维尺寸数据：像素行数，像素列数，观测窗口长度；

步骤2：确定算法初始参数；

算法初始参数包括噪声估计范围与激光脉冲半高全宽；

步骤3：根据原始三维回波数据、原始三维回波数据的三维尺寸数据及算法初始参数确定回波信号噪声水平的估计、平均像素光子数PPP及信号噪声比SBR；

步骤4：估计算法初始门控阈值m及其对应的算法门控范围；

步骤4.1：估计算法初始门控阈值m：

其中为的最大值， 为原始三维回波数据在空间域上求和后的一维信号，表示自然常数；

步骤4.2：估计m对应的算法门控范围：

截取中大于的部分，该部分在轴（对应观测窗口长度）上的投影范围[]即为对应的算法门控范围；