红外主被动图像像素级融合的仿真研究

激光主动成像雷达可成距离像和强度像,被动红外成像能获得辐射像。它们融合可获得更多的信息,能够提高目标的识别和抗干扰能力。主要研究激光雷达距离像和激光雷达强度像及红外辐射像的像素级融合方法,并给出融合后的三维图像。采用灰度关联均值滤波器、背景抑制和多级中值滤波等方法对3种图像进行了去噪处理。实验结果表明通过上述方法能够使融合后的三维图像清晰可辨。     

激光雷达距离像相关跟踪中的图像预处理

相干激光雷达距离像预处理是获得最终图像必不可少的步骤,其处理的好坏直接关系到目标识别的正确与否及追踪的稳定性.本文首先通过基于相干激光雷达特性得到仿真激光雷达含噪距离像与强度像,进而对原始噪声图像进行了背景抑制与距离反常抑制(中值滤波)以及二者结合预处理.用基于MCD距离的相关算法对处理前、后图像进行追踪.最后给出跟踪绝对误差.     

扫描激光成像雷达图像处理显示系统设计

图像显示系统是激光成像雷达系统的重要组成部分，同时也是分析和评价激光成像雷达性能指标的重要工具．激光成像雷达图像处理显示系统设计了强度像显示和数据分析模块、距离像显示和数据分析模块以及图像数据的存储模块．它可以显示雷达探测目标得到的强度像和距离像，并对所取得的数据进行分析，评价激光雷达的性能，指导激光雷达的设计和研究．     

脉冲扫描成像激光雷达信号模拟器的研制

随着激光雷达技术的发展,对激光雷达信号模拟器提出了迫切的需求.文中首先分析了脉冲成像激光雷达的信号特点,以及各种模拟方法的优缺点,提出了采用数字与模拟相结合的方案来实现相干脉冲激光扫描成像雷达信号模拟器的研制.总体方案分为数字部分和模拟部分.数字部分通过软件建立仿真所需的目标,并根据MIT的统计噪声模型依据所要求的信噪比对仿真目标实时加噪,生成实时目标的强度像和距离像;模拟部分将此目标的强度像和距离像实时生成相干脉冲激光扫描成像雷达信号回波的时间序列,完成模拟回波信号的产生;最后,在激光成像雷达上进行了成像实验,初步验证了文中研制的激光雷达信号模拟器的可行性.     

应用分块复原方法提高激光雷达测距精度

介绍了一种基于像增强器增益调制原理的三维成像激光雷达,距离图可以由恒定增益和线性增益调制条件下的灰度图计算得到。根据成像系统的传递特性,建立了灰度图像的退化模型并分析了在考虑点扩散函数影响的情况下,引起成像激光雷达测距误差的主要原因。分析结果表明,在距离变化区域,测距误差主要与点扩散函数、反射率和实际距离等因素有关;而在平坦区域,测距误差主要由散粒噪声引起的。根据误差的来源和散粒噪声的特点,提出了对拍摄得到的灰度图像进行分块复原的方法。仿真结果显示:该方法复原得到距离图的均方根误差比全局复原方法小。最后将该方法用于实际拍摄的雷达图像,验证了该方法的有效性。     

夜间激光雷达成像数据的降噪技术

为改善图像质量，设计夜间激光雷达成像数据的降噪技术。测算目标与雷达之间的距离信息，生成目标激光雷达图像；通过快速混合蛙跳算法增强目标激光雷达图像，采用Contourlet变换算法进行图像去噪，通过拉普拉斯塔形分解与方向滤波器组完成图像的多分辨率多方向分解，并利用Contourlet逆变换重构激光雷达图像，获取去噪后的结果。经实验验证：该技术在测量激光雷达图像时误差较小，最高为0.6像素，图像增强后的夜间激光雷达成像峰值信噪比与白天的差值为11 dB,且降噪后图像结构相似度可达到0.9以上。     

水下二维及三维距离选通成像去噪技术研究

相比传统水下摄像机,水下距离选通成像的作用距离可提高两三倍,同时基于该技术可实现快速高分辨率三维成像,在水底详查、避障导航、海洋科学研究、矿藏开发等方面具有广泛应用前景。虽然距离选通成像可通过空间切片的方式抑制水体的后向散射噪声,实现感兴趣区较高质量的成像,但是,在选通图像中仍不可避免地存在空间切片水体的后向散射噪声,导致图像信噪比和对比度降低,尤其是对于远距离目标或低反射率目标。介绍了针对水下距离选通二维成像及三维成像去噪方面的技术研究。在二维成像方面,一是采用双平台自适应增强算法提高图像对比度,更好地满足人眼视觉要求;二是采用参考水体去噪算法实现含目标图像的水体去噪,提高信噪比。在三维成像方面,针对距离能量相关三维成像,一是利用参考水体去噪算法实现去噪三维重建,二是采用双边滤波法对三维图像中数据空洞进行修复,提高三维图像质量。所述四种方法可独立或联合用于水下距离选通成像的去噪增强,提高水下距离选通成像技术的性能。     

非扫描脉冲成像激光雷达灵敏度方程

非扫描成像激光雷达是激光雷达的重要发展方向之一.激光雷达的一个非常重要的性能指标就是给定条件下的最大探测距离,这需要通过激光雷达灵敏度方程对其进行计算.分析了脉冲直接探测的非扫描成像激光雷达与扫描成像激光雷达的不同,介绍了增益调制型非扫描激光雷达系统构成及成像原理,并给出了基于像增强器型CCD(ICCD)能量积分器件作为探测器的该激光雷达成像中的信号和噪声.最后,提出了一种基于对比度和图像信噪比的增益调制非扫描成像激光雷达灵敏度方程.     

日光对532nm激光成像性能影响实验分析

532 nm激光成像雷达在成像过程中容易受到日光干扰而降低图像信噪比。利用532 nm条纹管激光雷达对复杂场景(建筑物群)进行昼夜成像实验,并采用直方图统计法分析同一场景分别在白昼和夜晚的激光强度像和距离像的像素值分布,进而分析日光对激光成像性能影响。实验结果表明:日照光会提高激光强度像的亮度以及背景/目标的对比度,同时也增加了距离像的空天背景噪声;夜晚激光距离像信噪比高,但目标强度像对比度不佳。     

增益调制非扫描激光雷达测距精度的理论分析

非扫描成像激光雷达是激光雷达重要发展方向之一.介绍了增益调制型非扫描激光雷达系统的成像原理.根据该激光雷达的成像原理可以得出,脉冲宽度和背景光积累将会对激光雷达的测距精度产生较大影响.分析了脉冲宽度、回波展宽以及背景光会对距离精度产生的影响.在考虑脉冲宽度和背景光积累,忽略其他噪声和目标表面粗糙度的情况下,对大气传输和目标对回波脉冲展宽的影响进行了分析,对增益调制型非扫描激光雷达在不同的系统及目标参数情况下的回波波形和测距精度进行了仿真计算,为系统性能参数的选择和距离图像的后续处理提供了理论依据.     

基于奇异性检测的信号去噪新方法

该文引进了一种基于奇异性检测的信号去噪方法,并对其在二维降噪中所需进行的复杂的线性内插作了进一步简化,使得整个二维降噪得以大大简化而达到快速运算和节省存储量的目的。文中详细描述了该算法的理论基础并给出其一维计算机仿真,同时也给出了进一步简化后的二维降噪仿真。这种去噪方法不需要信号或噪声的先验信息。仿真结果表明,相比其它小波去噪方法,该方法的主要优势在于:它在某一时刻的脉冲噪声的辨识和去除能力相当强,而且在去噪的同时能很好地保持信号边缘。     

Denoising images corrupted by impulsive noise using projections onto the epigraph set of the total variation function (PES-TV)

In this article, a novel algorithm for denoising images corrupted by impulsive noise is presented. Impulsive noise generates pixels whose gray level values are not consistent with the neighboring pixels. The proposed denoising algorithm is a two-step procedure. In the first step, image denoising is formulated as a convex optimization problem, whose constraints are defined as limitations on local variations between neighboring pixels. We use Projections onto the Epigraph Set of the TV function (PES-TV) to solve this problem. Unlike other approaches in the literature, the PES-TV method does not require any prior information about the noise variance. It is only capable of utilizing local relations among pixels and does not fully take advantage of correlations between spatially distant areas of an image with similar appearance. In the second step, a Wiener filtering approach is cascaded to the PES-TV-based method to take advantage of global correlations in an image. In this step, the image is first divided into blocks and those with similar content are jointly denoised using a 3D Wiener filter. The denoising performance of the proposed two-step method was compared against three state-of-the-art denoising methods under various impulsive noise models.     

基于稀疏分解的指静脉图像去噪

手指静脉识别技术因其独特的优势,受到广泛的关注。然而由硬件系统获取的手指静脉图像常常含有严重的噪声、阴影等问题,所以对低质量的静脉图像的去噪成为了整个识别过程的关键。本文提出了一种基于稀疏分解的指静脉图像去噪新方法。基于稀疏分解的图像去噪是将含有噪声的图像信息进行稀疏分解,分解成稀疏成分和其他成分。其中的稀疏部分是有用信息,其他部分被认为是噪声,再由图像的稀疏部分重建原始信号,达到恢复原始信号并去除噪声的效果。本文根据指静脉图像的静脉的特点,应用高斯函数构造了过完备库。用合成图像和真实指静脉图像分别对新算法进行实验验证。实验结果证明,与传统的去噪算法相比,峰值信噪比提高1-2dB。      

基于C++的距离选通激光成像雷达系统软件设计

本文基于C++编程语言设计了距离选通激光成像雷达三维点云实时成像软件.软件以距离选通激光成像雷达成像原理为基础,实现了激光器和延时器的时序控制、点云数据的高速处理、滤波去噪以及三维图像的实时显示.基于自研硬件设备,利用本文设计的软件,对距离为700 m的建筑进行了三维成像实验.实验过程中,该软件能够实现多参数实时控制及...     

无扫描3-D距离选通成像激光雷达实验系统

无扫描3-D距离选通成像激光雷达能有效抑制后向散射,消除距离模糊,提高系统的探测能力、成像质量和距离精确性.介绍了完全采用商用器件搭建的无扫描3-D距离选通成像激光雷达实验系统,对实验系统进行了测试,结果表明,系统在室内40 m的作用距离下,距离分辨率达到1.5 m,能够准确地获得目标形状和距离信息;在室外960 m的作用距离下,系统的距离分辨率下降到3 m,但依然能够识别出目标.最后提出了实验系统的不足之处.     

一种基于激光三维成像雷达距离像的目标检测方法

为了提高激光三维成像雷达地面目标的检测效率,提出一种基于激光三维成像雷达距离像的目标检测方法。该方法首先采用基于邻域像素内检测距离反常算法对距离像进行噪声抑制预处理,然后采用基于形态学的地面估计和高程分割算法实现了距离像的地物分割,最后根据感兴趣目标的尺寸特征,采用最小外接矩形估计算法实现了感兴趣目标的快速检测。本文提出的方法充分利用了距离像的高程信息和目标已知的先验知识,不受二维图像中光照灰度变化对目标检测效果的影响以及处理三维海量点云数据对计算速率的影响。实验结果证明,本文提出的方法适用于复杂多变的战场环境下对地面目标进行快速检测,且满足了实时性要求。     

采用非局部均值的连续太赫兹图像去噪处理

太赫兹辐射能够穿透大多数对可见光和近红外光不透明的物质。提高成像质量是成像系统的关键,尤其对探测器性能较低的面阵成像更为重要。通过数字图像处理方法改善成像质量是一条重要的解决途径。应用非局部均值(NLM)分别对真实的透射扫描、反射扫描和透射面阵、反射面阵的太赫兹图像进行了去噪处理,选取不同的控制参数进行了对比分析,同时对比了均值滤波处理结果。实验结果表明:非局部均值能够较好地去除连续太赫兹图像噪声、提高成像质量,对噪声严重的面阵成像去噪效果最明显。非局部均值去噪并保持边缘能力明显好于均值滤波。     

单光子激光雷达的时间相关多深度估计

单光子激光雷达广泛应用于获得三维场景的深度和强度信息。对于多表面目标,如激光经过半透明表面上时,一个像素上探测到的回波信号可能包含多个峰。传统方法在低光子或相对较高的背景噪声水平下无法准确估计多深度图像。因此,提出了一种单光子激光雷达时间相关多深度估计方法。该方法利用信号响应的时间相关性,对点云数据进行多深度快速去噪,能够从背景噪声中识别每个像素上来自多个表面的信号响应。并基于该信号响应集合的泊松分布模型,通过全变分正则化引入像素之间的空间相关性,建立多深度估计成本函数。使用快速收敛的交替方向乘子算法从成本函数中估计深度图像。实验结果表明,所提方法在距离约为1 km处的多深度目标上,相较于常规方法估计深度图像的均方根误差减少了至少27.05%,信号重建误差比提高了至少18.39%,同时数据量减少至原来的4%。证明该方法能够以更小的内存需求和计算复杂度提高单光子激光雷达的多深度图像估计性能。     

基于InGaAs单光子探测器的线阵扫描激光雷达及其光子信号处理技术研究

随着探测体系的发展,基于单光子探测技术的光子计数激光雷达受到了广泛关注,有效降低了系统对激光功率的需求,广泛应用在远距离测距及成像领域。针对激光雷达在人眼安全波段的工作需求,基于自由运转模式InGaAs/InP SPAD单光子探测器设计了一套多元收发的远程线阵光子计数激光雷达扫描成像原型系统,对探测器在日光背景下的探测概率影响因素展开了分析,配合主动淬灭电路设计及工作温度、偏压调整获得了系统的最佳工作点,并针对扫描视场中孤立目标特征采用了点云滤波及后脉冲预处理算法,将单个接收通道的原始数据率由200 kbps量级降低至小于1 kbps。与记录单次回波相比,单个测距周期记录四次回波可将有效数据量提升约5%。同时也对探测器的噪声及后脉冲等特性进行了分析。该系统工作波段为1 550 nm,探测器线阵规模可达到128元,激光重频为20 kHz,可在2 s内实现水平200°范围内的激光三维成像,作用距离>3 km。经过成像算法处理,该系统在日光条件下成功实现多距离目标三维成像,成像目标清晰。