基于单光子探测的激光三维点云数据处理方法研究

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1、硕士学位论文基于单光子探测的激光三维点云数据处理方法研究RESEARCHONLADARR3DPOINTCLOUDDATAPROCESSINGMETHODSBASEDONSINGLEPHOTONDETECTION于方磊哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN958.98学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学硕士学位论文基于单光子探测的激光三维点云数据处理方法研究硕士研究生：于方磊导师：陈德应教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：航天学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cla

2、ssifiedIndex:TN958.98U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONLADARR3DPOINTCLOUDDATAPROCESSINGMETHODSBASEDONSINGLEPHOTONDETECTIONCandidate：YuFangleiSupervisor：Prof.ChenDeyingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PhysicalElectron

3、icsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要激光雷达比微波雷达具有更好的隐蔽性，更高的信噪比以及更大的分辨率，近年来取得了很快的发展。但在信号记录的方式和技术上具有很大的区别。现在主要有两种主流的方式，一个是模拟计数技术，而另一个是单光子技术。单光子技术凭借着更高的灵敏度和更好的分辨率而备受关注。时间相关单光子

4、计数技术（time-correlatedsinglephotoncounting，TCSPC）最早应用于测试荧光寿命，其具有更好的时间分辨率，时间灵敏度非常高，因此将此技术应用到单光子激光雷达中，会使雷达系统整体的性能提升至一个新的水平。本文根据激光雷达的工作原理，选取适当的探测器，搭建一套基于时间相关单光子计数技术的单光子激光雷达系统，并对目标物进行扫描，得到三维点云数据。但是由于系统硬件和环境条件的限制，系统所得到的点云数据必然包含噪声和数据抖动等影响图像质量的因素。本文通过学习，实现了移动曲面拟合法和数学形态学滤波算法的

5、去噪处理，并对两种方法的处理效果进行了量化分析。处理目标为假设的平面目标、曲面目标和阶跃型目标。结合两种方法的优劣以及点云数据的统计特性，提出了基于数学形态学改进的移动曲面拟合法的改进去噪算法，建立了“先去噪，后补点，再迭代”的新的去噪模型。利用改进后的算法对曲面数据进行迭代次数和实验误差的比较分析。关键词：单光子探测；点云数据；移动曲面拟合法；数学形态学I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractComparedwithmicrowaveradar,laserradarhasbetterconcealment,highe

6、rsignaltonoiseratioandresolutionratio，andithasdevelopedquicklyinthelastfewyears.Butthereisbigdifferenceinsignalrecordingtechnologyandway.Andnowtherearetwomainstreamways.Oneissimulatedcounttechnology,andtheotherissinglephotontechnique.Singlephotontechnologyhasattract

7、edmuchattentionduetoitshighersensitivityandbetterresolution.Time-correlatedsinglephotoncounting(TCSPC)techniquewasappliedinfluorescencelifetimetestingearliest,whichhasabettertimeresolutionandmorehighertimesensitivity.Therefore,ifthistechniqueisappliedtosinglephotonl

8、aserradar,thewholeperformanceoftheradarsystemwillreachanewlevel.Accordingtotheworkprincipleoflaserradar,thispaperselectsappropriatedetecto