CN110954919B - 一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法及去除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于成像自动目标识别领域，具体公开了一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法及去除方法，包括：通过面阵激光器，采集目标的多帧图像；统计多帧图像的直方图；基于统计直方图，通过相邻距离值差值计算及阈值判断，确定固定值噪声对应的距离值，根据固定值噪声距离值，在之后的累积探测中不对该距离值处的数据进行统计，从而得到去除固定值噪声的激光距离像、强度像。本发明通过直方图统计，凸显激光图像中固定值噪声距离值；通过对统计直方图中相邻距离值对应的计数做差并比较，定位出固定值噪声所在位置，能够有效用于去除固定值噪声，恢复固定值噪声处的部分目标距离信息，使得表面信息更为完整，从而可有效改良Gm‑APD激光探测器成像效果。

Description

一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法及去除方法
技术领域
本发明属于成像自动目标识别领域，更具体地，涉及一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法及去除方法。
背景技术
盖革模式单光子雪崩光电二极管(Geiger-mode Single Avalanche PhotoDiode，简称为GmSAPD或GmAPD)激光雷达是一种新体制三维探测激光雷达。基于盖革模式雪崩光电二极管的激光雷达，利用激光单脉冲直接获得距离信息，无需通过线性累积或空间扫描。盖革APD激光雷达能够以较小的激光发射功率提供3公里以上的目标场景三维成像，为精确制导武器提供目标探测和抗干扰的新途径。
盖革APD激光雷达灵敏度高，易受噪声影响，对激光器探测数据进行噪声抑制是获得有效信息的必要环节。激光器工作于盖革模式时，只要接收到一个光子，就会发生雪崩现象，使电流达到最大值，这个过程通常是瞬态的(一般不到l ps)。因此，与线性APD相比，盖革模式APD具有探测灵敏度高、响应速度快等优点，同时也意味着盖革APD激光雷达易受到噪声影响，其探测数据包含大量噪声信息，包括背景辐射、后向散射和暗计数噪声等导致的误触发信号；由于距离计数值受目标反射光子触发的雪崩信号脉冲边缘控制，目标测量距离值受脉冲信号形状影响，引入随回波强度波动的距离漂移误差，影响目标表面建模精度；在上述噪声之外，由光电倍增管构成的APD探测阵列中探测像素之间还存在多种信号串扰路径和像元响应非均匀性引入的噪声；更进一步，对于我国研制的64*64像素的盖革APD阵列的探测数据分析表明，由于读出电路存在不稳定性，探测数据中还包含固定噪声，表现为探测数据中存在较为明显的异常距离信息，异常距离信息可能存在多个离散数值，数值相对固定并且可能随时间发生变化，并且异常距离在单帧图像中出现的位置具有一定随机性。然而，固定值噪声的去除在提高目标识别精度方面还未引起本领域研究人员的高度重视。因此，有效去除固定值噪声且如何去除是目前亟待引起重视以及解决的问题。
发明内容
本发明提供一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法及去除方法，用以解决现有面阵激光探测器在距离恢复中因固定值噪声无法有效消除而存在目标识别准确度不高的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法，包括：
通过面阵激光器，采集目标的多帧图像；
统计所述多帧图像的直方图；
基于所述直方图，通过相邻距离值差值计算及阈值判断，确定固定值噪声对应的距离值，完成所述面阵激光器的固定值噪声确定。
本发明的有益效果是：本发明通过直方图统计的方式，使得激光图像中固定值噪声距离值凸显出来，使得固定值噪声距离位置更为凸显出来。另外，通过对统计直方图中相邻距离值对应的计数做差并比较的方式，定位出了固定值噪声所在位置，精确度，能够有效用于去除固定值噪声，恢复了部分原算法噪声处的目标距离信息，使得表面信息更为完整。
上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述直方图为各距离值及其对应的计数总数的关系图。
进一步，所述确定固定值噪声对应的距离值，具体为：
基于所述直方图，计算每相邻两距离值之间的计数总数差值；
分别将每个极大值距离点对应的差值大小与阈值比较，将大于阈值的差值对应的极大值距离点确定为固定值噪声对应的距离值。
本发明的进一步有益效果是：从直方图的所有距离点中筛选出极大值距离点，直接将极大值距离点对应的差值与阈值比较，由于固定值噪声对应的距离点处的计数形态为突变尖峰，而非包络，因此，基于阈值比较，确定固定值阈值对应的距离值，具有较高的确定效率和精度。
进一步，所述将大于阈值的差值所对应的极大值距离点确定为固定值噪声对应的距离值，具体为：
将分别与左、右相邻距离值之间的所述计数总数差值均大于阈值的极大值距离点确定为固定值噪声对应的距离值。
本发明的进一步有益效果是：基于固定值噪声对应的距离值在直方图中的尖峰特性，当某一距离值与其左右相邻距离值的计数差值均大于阈值时，则认为该距离值为固定值噪声对应的距离值，通过该种方法确定的固定值噪声对应的距离值可靠性高。
进一步，所述面阵激光探测器为盖革模式单光子雪崩光电二极管阵列的激光探测器。
本发明的进一步有益效果是：盖革模式单光子雪崩光电二极管阵列的激光探测器具有灵敏度高、目标探测精度高、测试成本低等优势，然而这种激光器易受噪声影响而使得其应有受限，本发明对盖革模式单光子雪崩光电二极管阵列的激光探测器的固定值噪声进行识别，对其发挥自身的优势具有重要意义。
本发明还提供一种面阵激光探测器距离恢复中固定值噪声去除方法，包括：
采用如上所述的任一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法确定面阵激光探测器的固定值噪声对应的距离值；
在面阵激光探测器距离恢复中，对所述固定值噪声对应的距离值不进行统计，完成固定值噪声的去除。
本发明的有益效果是：本发明通过直方图统计的方式，使得激光图像中固定值噪声距离值凸显出来，使得固定值噪声距离位置更为凸显出来。另外，通过对统计直方图中相邻距离值对应的计数做差并比较的方式，定位出了固定值噪声所在位置，精确度，可有效去除固定值噪声，恢复部分原算法噪声处的目标距离信息，使得表面信息更为完整，有效地改良激光探测器成像的效果，有助于极大提高目标识别精度。
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述如上所述的任一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法和/或如上所述的一种面阵激光探测器距离恢复中固定值噪声去除方法。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法的流程框图；
图2为本发明实施例提供的建筑物目标所在场景的可见光图像；
图3为图2对应的400帧激光图像数据的统计直方图；
图4为图3对应的400帧激光图像数据的累计距离像；
图5为图4对应的400帧激光图像数据的累计强度像；
图6为图3对应的相邻距离值的计数差值结果示意图；
图7为图6对应的固定值噪声距离值标记图；
图8为图2对应的400帧激光图像数据在固定值噪声去除后的累计距离像；
图9为图2对应的400帧激光图像数据在固定值噪声去除后的累计强度像；
图10为图2对应的400帧激光图像数据在固定值噪声去除后的统计直方图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法100，如图1所示，包括：
S110、通过面阵激光器，采集目标的多帧图像；
S120、统计上述多帧图像的直方图；
S130、基于上述直方图，通过相邻距离值差值计算及阈值判断，确定固定值噪声对应的距离值，完成面阵激光器的固定值噪声确定。
直方图为各距离值及其对应的计数总数的关系图。
通过直方图统计的方式，使得激光图像中固定值噪声距离值凸显出来，使得固定值噪声距离位置更为凸显出来。另外，通过对统计直方图中相邻距离值对应的计数做差并比较的方式，定位出了固定值噪声所在位置，精确度，能够有效用于去除固定值噪声，恢复了部分原算法噪声处的目标距离信息，使得表面信息更为完整。
优选的，上述确定固定值噪声对应的距离值，具体为：
基于直方图，计算每相邻两距离值之间的计数总数差值；
分别将每个极大值距离点对应的差值大小与阈值比较，将大于阈值的差值对应的极大值距离点确定为固定值噪声对应的距离值。
优选的，上述将大于阈值的差值所对应的极大值距离点确定为固定值噪声对应的距离值，具体为：
将分别与左、右相邻距离值之间的计数总数差值均大于阈值的极大值距离点确定为固定值噪声对应的距离值。
优选的，上述面阵激光探测器为盖革模式单光子雪崩光电二极管阵列(Gm-APD)的激光探测器。
为了更好的说明本发明，现给出如下示例。
固定值噪声确定方法为：对探测器阵列N帧所有数据结果进行统计，形成直方图，得到多个距离值的包络。计算统计结果中相邻两距离值间的计数差值，得到相邻距离值的计数差值；提取统计结果中与其左右两相邻距离值的计数差值都大于阈值T的所有极大值点，将其对应的距离值标记为固定值噪声距离值。
根据固定值噪声距离值，在之后的累积探测中不对该距离值处的数据进行统计，从而得到去除固定值噪声的激光距离像、强度像。本发明能够有效的改良Gm-APD激光探测器成像效果。
图2所示为本发明实施例提供的建筑物目标所在场景的可见光图像，以下结合图1所示的地面建筑物实例，对固定值噪声确定方法进行详细说明：
(1)获得地面建筑物的激光图像并进行直方图统计；
具体地，在本实施例中，在距离建筑物目标2km处利用盖革模式APD阵列的激光探测器，并对应地采集到400帧激光图像。所采集的400帧激光图像数据进行直方图统计后的结果以及距离像、强度像分别如图3、图4、图5所示，激光图像大小为64×64。
根据直方图统计结果确定固定值噪声距离值；
确定固定值噪声距离值包括：根据400帧直方图统计结果，计算相邻两距离值间的计数差值；相邻距离值计数差值结果如图6所示；根据统计直方图的结果中的极大值点，找出所有与其左右两相邻距离值的计数差值都大于阈值400的距离值；并将固定值噪声距离值结果设为1；标记结果如图7所示；根据固定值噪声距离值去除固定值噪声。
实施例二
一种面阵激光探测器距离恢复中固定值噪声去除方法，包括：
采用如实施例一所述的一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法确定面阵激光探测器的固定值噪声对应的距离值；在面阵激光探测器距离恢复中，对固定值噪声对应的距离值不进行统计，完成固定值噪声的去除。
为了更好的说明本发明，现基于实施例一中的示例所得到的固定值噪声距离值，进行如下固定值噪声去除：
对于所获得的固定值噪声距离值的数据，在之后的累计探测中不对该距离值处的数据进行统计。对去除固定值噪声后的数据进行成像，得到的400帧累计距离像和强度像如图8、图9所示；去除固定值噪声后的直方图统计结果如图10所示。图8、图9和图10中可见，经固定值噪声去除算法，图3、图4和图5中距离值为646的噪点被滤除，并恢复了部分原算法噪声处的目标距离信息，表面信息更为完整，原算法大量出现的异常距离值被正确的滤除，噪声分布更为均匀，表明固定噪声去除算法对于此类噪声有很好的抑制效果。
实施例三
一种存储介质，存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述如上实施例一所述的一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法和/或如上实施例二所述的一种面阵激光探测器距离恢复中固定值噪声去除方法。
相关技术方案同实施例一和实施例二，在此不再赘述。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法，其特征在于，包括：
通过面阵激光器，采集目标的多帧图像；
统计所述多帧图像的直方图；
基于所述直方图，通过相邻距离值差值计算及阈值判断，确定固定值噪声对应的距离值，完成所述面阵激光器的固定值噪声确定；
所述确定固定值噪声对应的距离值，具体为：
基于所述直方图，计算每相邻两距离值之间的计数总数差值；
分别将每个极大值距离点对应的差值大小与阈值比较，将大于阈值的差值对应的极大值距离点确定为固定值噪声对应的距离值；
所述直方图为各距离值及其对应的计数总数的关系图。
2.根据权利要求1所述的一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法，其特征在于，所述将大于阈值的差值所对应的极大值距离点确定为固定值噪声对应的距离值，具体为：
将分别与左、右相邻距离值之间的所述计数总数差值均大于阈值的极大值距离点确定为固定值噪声对应的距离值。
3.根据权利要求1或2所述的一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法，其特征在于，所述面阵激光探测器为盖革模式单光子雪崩光电二极管阵列的激光探测器。
4.一种面阵激光探测器距离恢复中固定值噪声去除方法，其特征在于，包括：
采用如权利要求1至3任一项所述的一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法确定面阵激光探测器的固定值噪声对应的距离值；
在面阵激光探测器距离恢复中，在直方图统计时，对所述固定值噪声对应的距离值不再进行统计，完成固定值噪声的去除。
5.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述如权利要求1至3任一项所述的一种面阵激光探测器的固定值噪声确定方法和/或如权利要求4所述的一种面阵激光探测器距离恢复中固定值噪声去除方法。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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