激光雷达回波数据快速处理技术研究

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1、硕士学位论文激光雷达回波数据快速处理技术研究RESEARCHONFASTPROCESSINGTECHNOLOGYOFLIDARECHODATA张伟斌哈尔滨工业大学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：公开工程硕士学位论文激光雷达回波数据快速处理技术研究硕士研究生：张伟斌导师：董志伟副教授申请学位：工程硕士学科：光学工程所在单位：光电子信息科学与技术系答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN958.98U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreei

2、nEngineeringRESEARCHONFASTPROCESSINGTECHNOLOGYOFLIDARECHODATACandidate:ZhangWeibinSupervisor:AssistantProf.DongZhiweiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:OpticalEngineeringAffiliation:Dept.ofOptoelectronicsInformationScienceandTechnologyDateofDefence:June,2016Degree-Conferrin

3、g-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要机载激光雷达是地质探测、地形调查的重要手段，经过几十年的发展历程，用途和体制越来越丰富。基于条纹原理的激光雷达作为一种新体制的激光雷达，具有高灵敏度、高帧频、高分辨率的特点，可以同时获得目标的强度和距离信息，具有广阔应用前景。条纹管等阵列探测体制的新型激光雷达快速发展，使得其数据获取效率有了数量级的提高，如何高效处理海量的回波数据，已经成为目前条纹激光雷达继续发展需要解决的关键性技术问题。因此，开展激光雷达回波数据的快速处理研究对基于条纹原理的激光雷达的应用推广具有重

4、要意义。本文介绍了新体制机载条纹激光雷达的工作原理和回波信号处理过程，获得了影响数据处理速度的主要因素；比较了不同软件环境在回波信号处理方面的特点，并在优化的软件环境下对激光回波数据进行并行处理加速研究；并基于原始条纹回波信号利用形态学方法，进行了目标的分类提取研究。针对回波信号降噪过程是影响数据处理速度的主要因素这一情况，对MATLAB与LabVIEW两种软件开发环境下的回波信号降噪效率进行了对比研究，证明了相比于LabVIEW，MATLAB具有更快的处理速度。利用MATLAB开发环境，使用基于CPU的并行处理方式对回波信号降噪过程进行快速处理研究，证明了引入并行处理技术能够显著

5、提高回波信号的处理速度，获得的最大加速比可以达到3.4。为进一步提升回波信号处理效率，对GPU并行处理技术开展了研究，当利用CPU与GPU协同的方式进行加速时，获得了9.4的最大加速比。在目标分类技术研究方面，根据条纹原理激光雷达回波信号特征，基于形态学手段，对原始回波数据开展了目标分类研究。通过对外场实验获得的回波信号的分类处理，证明使用该方法可以对建筑物、道路、植被、坡地等多种常见目标进行有效的分类，分类误差率控制在10%左右，分类速度约为3800点/秒，证明了基于形态学方法可实现对条纹原理的激光回波信号进行直接分类。关键词：机载激光雷达；图像降噪；并行处理；目标分类I哈尔滨工

6、业大学工程硕士学位论文AbstractAirborneLiDARisanimportantmeansofgeologicalandtopographicsurvey.Afterseveraldecadesofdevelopment,theuseandsystemaremoreandmoreabundant.TheLiDARsystemapplyingstreaktube,whichisanewsystemofLiDAR,isthecharacteristicsofhighsensitivity,highframerateandhighresolution.Itcanbeobtain

7、edstrengthanddistanceinformationofthetargetatthesametime,andhasbroadapplicationprospects.WithrapiddevelopmentofthestreaktubeLiDAR,itsdataacquisitionefficiencyhasanorderofincrease.Howtoefficientlydealwiththemassiveechodatabecomesthekeyte