Gm-APD阵列激光雷达距离像复原及去噪研究

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1、硕士学位论文Gm-APD阵列激光雷达距离像复原及去噪研究RESEARCHONRESTORATIONANDDENOISINGOFGM-APDARRAYLASERRADARRANGEIMAGE康禹哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O439.学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文Gm-APD阵列激光雷达距离像复原及去噪研究硕士研究生：康禹导师：赵远教授申请学位：理学硕士学科：物理学所在单位：理学院物理系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O439U.D

2、.C:535DissertationfortheMasterDegreeinScienceRESEARCHONRESTORATIONANDDENOISINGOFGM-APDARRAYLASERRADARRANGEIMAGECandidate：YuKangSupervisor：Prof.YuanZhaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：PhysicsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2018Degree

3、-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要Gm-APD(Geiger-ModeofAvalanchePhotodiodes)由于其单光子灵敏度使得远距离目标探测成为可能，从而成为了激光雷达领域的研究重点之一。Gm-APD阵列激光雷达距离像的性质与传统的距离像性质存在很大的差异从而导致传统的距离像处理技术无法应用，本文针对这一情况，研究了Gm-APD阵列激光雷达距离像复原技术以及噪声抑制技术改善了距离像性能。首先，本文介绍了Gm-APD阵列激

4、光雷达系统的工作原理，对其系统噪声以及Gm-APD阵列激光雷达实测距离像特性进行了分析，并对Gm-APD阵列激光雷达系统的工作过程进行了仿真并得到了仿真距离像，用于后续图像处理算法的提出与验证。最后对仿真距离像的噪声特性进行了分析，研究结果表明距离反常噪声为白噪声，为后续的图像处理算法的研究奠定基础。其次，本文提出分步复原方法对距离像进行复原，其中结合使用了中值滤波、均值滤波、空间临近度函数以及相关法自适应滤波，仅使用4帧仿真原始距离像即可复原图像。图像质量评价结果显示改善信噪比值为22.66，均方根误差值相比含噪距离像下降了68%

5、，结构相似度相比含噪距离像上升了20%，大量的失落信息被复原，仿真距离像的图像性能得到了很大的提升。然后，针对复原距离像中剩余的失落信息以及距离反常噪声，本文提出了凹、凸字分割噪声抑制算法，并引入了灰度形态学中的开闭运算结合来处理复原距离像。图像质量评价结果显示改善信噪比值为32.75；均方根误差值相比于含噪距离像下降了81%；结构相似度相比含噪距离像上升了37%，成功滤除了距离像中失落信息以及距离反常噪声的同时较好的保护了目标边缘信息，距离像性能得到了进一步的提升。最后，搭建了32×32面阵Gm-APD激光雷达成像实验平台进行了距

6、离像成像实验来验证本文提出的距离像复原算法及噪声抑制算法。实验结果表明，实测距离像处理结果与仿真距离像处理结果大致相同，处理后的距离像具有像素分布均匀、目标区域信息较为完整、目标边缘较为连续、不含孤立噪声点等一系列优点，距离像性能得到了显著提升。本文还开发了一套基于MATLAB的距离像处理软件，验证了距离像复原算法及噪声抑制算法的处理效果，实现了距离像处理的一步化操作和可视化操作。关键词：Gm-APD；距离像；图像复原；噪声抑制；激光雷达-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractGm-APD(Geiger-ModeofAv

7、alanchePhotodiodes)hasbecomeoneoftheresearchfocusesinthefieldoflaserradarbecauseofitssinglephotonsensitivity,whichmakesremotetargetdetectionpossible.ThepropertyofGm-APDarrayradarrangeimageisverydifferentfromthetraditionalrangeimage,whichresultsintheinabilitytouseconven

8、tionalrangeimageprocessingtechniques.ThisdissertationimprovedthepropertiesofrangeimagebytheGm-APDarrayradarrangeimage