[发明专利]一种基于多回波提取的激光雷达三维距离像高分辨重构方法及装置

权利要求书

1.一种基于多回波提取的激光雷达三维距离像高分辨重构方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：通过Gm-APD激光雷达回波数据，单个像素点回波提取四个回波位置，对应高分辨的2×2像素结果，计算多回波位置及强度，并去除部分噪声点，得到多回波信号阵列；

步骤二：将提取到的多回波信号进行排列，得到含空值像元的高分辨距离像；

步骤三：通过邻域插值算法重构图像，获得高分辨距离像；

步骤一中所述的计算多回波位置的方法包括：步骤1.1和步骤1.2；

所述的步骤1.1为：使用高斯函数与高斯函数卷积进行预处理从而去除异常峰，得到平滑分布直方图；

所述的步骤1.2为：在平滑分布直方图上针对目标处特征进行提取，确定当前方差下的极大值点分布，提取多回波；

所述的步骤1.1中，所述的预处理方式的公式为：

其中，v为核密度函数即高斯平滑函数，h为方差值，u为触发直方图，w为平滑后直方图，v_i为高斯核函数的第v_i个位置，j为触发直方图的第j个位置的值，bin_j为平滑后直方图的第bin_j个位置的值，x为高

斯函数的中心对称点，具体为v函数窗口长度的一半；

导数表达式为：

其中，v₂为方差为h＝h₂的核密度函数，w₂为预处理数据的二阶导数，所述的二阶导数位置为：w₂最小值所对应位置；

所述的步骤1.2中，提取多回波的算法的流程为：

流程1.2.1：提取回波个数n_peak＝4，和预处理数据的二阶导数w2；

流程1.2.2：当前提取回波数为1时，计算二阶导数的极小值ind min和极大值ind max，第一回波的位置为二阶导数w2的最小值；

流程1.2.3：将二阶导数提取位置的左侧极大值到右侧极小值中间的数值都设置为0，开始计算第二个回波位置；

流程1.2.4：计算二阶导数的极小值ind min和极大值ind max，第一回波的位置为此时二阶导数w2的最小值；

流程1.2.5：依次完成至第四个回波；

流程1.2.6：获得多回波结果；

步骤一中所述的计算多回波强度的方法为：

利用触发概率模型反推得到每个回波信号选通门内光子数的分布，触发概率模型为：

λ＝μαS+B

其中，λ为回波总光子数分布，μ为量子效率，α为反射率，S为信号光子数分布，B为背景噪声光子数，P为第i个间隔触发k次的概率，e为自然常数；

由触发模型可以得到其光子数分布为：

其中，u为触发直方图，N_u为总脉冲数，r为推导的总回波光子数分布。

2.根据权利要求1所述的一种基于多回波提取的激光雷达三维距离像高分辨重构方法，其特征在于，步骤一种所述的去除部分噪声点的方法为：

利用空间滤波器去除部分噪声，设置空间滤波器为4邻域乘20步长。

3.根据权利要求1所述的一种基于多回波提取的激光雷达三维距离像高分辨重构方法，其特征在于，步骤二中所述的将提取到的多回波信号进行排列的方法为：根据马尔科夫随机场，利用距离的空间相关性及强度的空间相关性约束进行排列；

其中，高分辨距离像表达式为：

其中，rng为得到的高分辨距离像，γ₁为距离约束项系数，γ₂为强度约束项系数，通过调整系数可以实现合理的回波排序；C表示像元的强度值，D表示像元的距离值，p表示高分辨距离像中任一2×2像元块内的像元，q表示p像元最邻近的2×2像元块内的像元。