激光三维测绘条纹图像处理技术研究

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1、硕士学位论文激光三维测绘条纹图像处理技术研究RESEARCHONSTRIPEIMAGEPROCESSINGFORTHREEDIMENSIONALLASERMAPPING边雪冬哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TN249学校代码：10213国际图书分类号：335密级：公开工学硕士学位论文激光三维测绘条纹图像处理技术研究硕士研究生：边雪冬导师：陈德应教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：光电子信息科学与技术系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN249U.D.C:535DissertationfortheM

2、asterDegreeinEngineeringRESEARCHONSTRIPEIMAGEPROCESSINGFORTHREEDIMENSIONALLASERMAPPINGCandidate:BianXuedongSupervisor:Prof.ChenDeyingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:PhysicalElectronicsAffiliation:Dept.ofOptoelectronicsInformationScienceandTechnologyDateofDefence:Jun

3、e,2015University:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要机载激光雷达已经广泛的应用在地质探测、地形侦查等领域，实现更远距离的高空探测是近几年来对机载激光雷达的突破性研究。基于条纹管探测体制的激光雷达能够满足中高空探测的需求，其回波信号是高帧频的条纹图像。然而，由于探测距离远以及探测器以及背景光源产生噪声的影响，使得雷达接收到的条纹图像的回波信号比较弱，不能够生成完整清晰的三维点云图像。因此，本论文开展了激光三维测绘条纹图像处理技术的研究，以期获得清晰完整的三维点云图像。基于条纹图像的灰度值统计、条纹信号和背

4、景噪声的统计特性，以及条纹信号与噪声的空间分布特点，利用基本的空域去噪算法和频域去噪算法对条纹图像进行去噪算法探索，获得各个去噪算法的处理后图像，通过比较信噪比的大小，结果应用中值滤波算法获得的图像信噪比为20.90dB，远高于其他的去噪算法获得的去噪后图像。为了更多的滤除背景噪声同时保留弱的条纹信号，本文基于条纹信号与噪声空间分布不同的特点，提出改进的中值滤波算法，通过合理的选择阈值将信号区域与噪声区域进行分块处理，改进的中值滤波所获得的去噪图像信噪比达到32.66dB，最终获得了条纹图像的去噪算法。研究了条纹图像序列的相关性。首先对1秒钟的条纹序列图像做相关性统计，获

5、得基于不同目标包括平原、公路、房屋和飞机的相关系数分布范围，为后续弱条纹信号的增强方法中对相关系数阈值的选择提供参考。其次，本文对条纹图像序列的强度分布特点做了研究，不仅分析前后图像的强度分布特点，还分析单幅条纹信号的灰度行和分布特点。基于以上两种特点，选取稀疏、不能形成完整的点云图像的条纹序列，对序列条纹图像进行弱信号补偿、增强，补偿后的序列条纹图像生成了清晰完整的点云图像，与补偿前的点云图像形成鲜明的对比，相同面积的激光脚点数目增加了45.98%。本文针对条纹图像开展了两方面研究——背景去噪和弱条纹信号增强，分别获得了适合条纹图像的去噪算法和增强弱条纹信号的方法，为解

6、决激光三维测绘条纹图像处理在理论上和实际应用上提出了最佳解决方法。本文取得的研究成果为解决中高空探测回波信号弱的问题提供了有效的解决方案，为未来突破更加远距离的高空探测提供了条纹图像处理的研究方向。关键词：机载激光雷达；条纹图像；图像去噪；信号增强-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAirborneLidarhasbeenusedinthefieldsofgeologicalexplorationandterrainreconnaissance,etc.Inrecentyears,AirborneLidarmakesthebreakthroughtoach

7、ievegreaterdistancesofhighaltitudedetection.StreakTubeImaginglidar(STIL)canmeettheneedsofhighaltitudedetection,It’sechosignalishighframefrequencystripeimages.However,becauseofthehighaltitudeandtheinfluenceofthenoiseofprobeandbackgroundlightsource,thestripeimagesofec