基于光子计数激光雷达的自适应门控抑噪及三维重建算法

作     者：陈松懋 苏秀琴 郝伟 张振扬 汪书潮 朱文华 王杰 Chen Song-Mao;Su Xiu-Qin;Hao Wei;Zhang Zhen-Yang;Wang Shu-Chao;Zhu Wen-Hua;Wang Jie

作者机构：中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院空间精密测量技术重点实验室西安710119 海洋观测与探测联合实验室(西安光机所部分)青岛海洋科学与技术试点国家实验室青岛266200 中国科学院大学北京100049 山西大学极端光学协同创新中心太原030006 

基　　金：中国博士后科学基金(批准号:2020M683600) 中国科学院战略高技术创新基金(批准号:GQRC-19-19) 中国科学院西安光学精密机械研究所青年创新促进会 青岛海洋科学与技术试点国家实验室自主部署项目资助的课题 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2022年第71卷第10期

页      码：91-102页

摘      要：光子计数激光雷达技术具有极高的探测灵敏度与时间分辨率,是极端条件下高精度目标信息获取的重要手段.由于该技术通过探测单光子级的回波能量实现对目标信息的三维重建,因此极易受噪声干扰,导致成像质量严重降低.基于高速电子门控的距离选通技术虽然可以有效抑制噪声,但存在参数设计依靠经验、目标检测区间窄等问题.本文提出一种在宽目标检测区间条件下的目标信息提取及三维重建方法,首先通过对三维回波信息的获取机理及其概率模型进行分析,获取目标信息分布范围并通过算法门控提取有效信息;再采用高效的图像重建算法进一步提升三维重建的质量,从而具有比基于纯硬件的去噪方法更强的抑噪能力.实验结果显示,在平均像素光子数仅为3.020,且信号噪声比仅为0.106的极端条件下,本文提出的目标信息提取方法可将信号噪声比提升19.330倍;再配合高效的图像重建算法,距离图像的重建信噪比相比于传统的互相关算法提升了33.520 d B,大幅提升了强噪声环境下高精度目标信息获取的能力.

主 题 词：单光子成像 光子计数激光雷达 噪声抑制 图像重建 

学科分类：080904[080904] 0810[工学-土木类] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 081105[081105] 081001[081001] 081002[081002] 0825[工学-环境科学与工程类] 0811[工学-水利类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.7498/aps.71.20211697

馆 藏 号：203111994...