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条纹管成像激光雷达(STIL)是一种新型闪光式激光成像雷达,具有大视场、高分辨率、高帧频等优点,其条纹数据的准确提取是后期目标图像三维重构的关键,现有的峰值探测法忽略了噪声与CCD采样误差对目标条纹数据偏差的影响,在提取条纹数据时存在较大的误差。针对其影响并基于对特定回波波形及理论回波波形的分析,提出了一种新的条纹数据提取算法,不但能够有效降低噪声和CCD采样误差对条纹数据提取的偏差,更能够方便地去除系统的整体综合噪声。为验证该算法的准确性,设计了阶梯目标成像实验,实验结果表明该方法可以明显提高条纹管成像激光雷达条纹数据提取的精度。
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书书书
第
39
卷
第
4
期
中
国
激
光
Vol.39
,
No.4
2012
年
4
月
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2012
条纹管成像激光雷达条纹数据提取算法
马晨宁
赵
文
韩绍坤
王
平
(北京理工大学光电学院,北京
100081
)
摘要
条纹管成像激光雷达(
STIL
)是一种新型闪光式激光成像雷达,具有大视场、高分辨 率、高 帧 频 等 优 点,其 条
纹数据的准确提取是后期目标图像三维重构的关 键,现有 的 峰 值 探 测 法 忽 略 了 噪 声 与
CCD
采 样 误 差 对 目 标 条 纹
数据偏差的影响,在提取条纹数据时存 在 较 大 的 误 差。针 对 其 影 响 并 基 于 对 特 定 回 波 波 形 及 理 论 回 波 波 形 的 分
析,提出了一种新的条纹数据提取算法,不但能够有 效 降 低 噪 声 和
CCD
采 样 误 差 对 条 纹 数 据 提 取 的 偏 差,更能 够
方便地去除系统的整体综合噪声。为验证该算法的准确 性,设计 了 阶 梯 目 标 成 像 实 验,实 验 结 果 表 明 该 方 法 可 以
明显提高条纹管成像激光雷达条纹数据提取的精度。
关键词
图像处理;激光雷达;条纹管;高斯分布;噪声;拉格朗日插值
中图分类号
TN958.98
文献标识码
A
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;
110.4280
;
110.6880
;
140.3538
;
280.3640
收稿日期:
20111117
;收到修改稿日期:
20111230
作者简介:马晨宁(
1984
—),男,博士研究生,主要从事激光三维重构方面的研究。
Email
:
lin
g
er
p
o
p
@
qq
.com
导师简介:韩绍坤(
1965
—),男,博士,教授,主要从事光电探测方面的研究。
Email
:
skhan
@
bit.edu.cn
(通信联系人)
1
引
言
条纹管三 维 成 像 激 光 雷 达 (
STIL
)由 于 具 有 极
高的角度分辨率和距 离分 辨 率,可以 同 时成 目 标的
强度像和距离像,且不需要复杂的扫描装置,所以在
军事上运用很广,如小 型 灵巧 炸 弹和 巡 航导 弹 精确
制导、巡航导弹的地形跟随和障碍物回避、直升机避
障、飞行器导航、水 下鱼 类 探测 和 识别、战 场中 的 敌
我识别、目标跟踪和目标瞄准等。
正是由于条纹管成像激光雷达有着如此重要和
广泛的应用前景,因此近
10
年来国内外都在努力进
行这方面的研究
[
1
~
7
]
。如何从条纹图像中准确地提
取出目标的特征点并构造出其三维图像是其中一个
重要的研究课题,国内 外 相关 研 究机 构 也对 此 进行
了研究
[
1
,
3
,
6
]
,现有的方 法都是 基于回 波波 形 为类 高
斯分布的原理,大部分 采 用的 是 最直 接 的峰 值 探测
法
[
7
,
8
]
,认为单 时 间 通 道 内 条 纹 图 像 回 波 信 号 能 量
的最强点(条纹图像中表现为单列的灰度最大值点)
即为目标的特征点,该 点 所对 应 的灰 度 值为 目 标的
灰度信息,其位置 则 代表 了 目标 的 距离 信 息。 但该
方法忽略了噪声 对回 波 信号 的 干扰 以 及
CCD
采样
对最大值点产生偏差 的影 响,对条 纹 数据 特 征点 的
提取会产生较大的误 差,因此 不 能准 确 得到 目 标的
04140021
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weixin_38501045
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