机载面阵成像激光雷达的图像处理研究

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相比传统的点扫描激光雷达,基于距离选通和增益调制测距原理的面阵成像激光雷达具有测距速度快的优点,是一种全新的获取高分辨率地球空间信息的技术手段。其能够快速获取高精度、高空间分辨率的数字高程模型,在地理信息采集方面具有广阔的应用前景。本文首先介绍了面阵成像三维激光雷达的研究背景,回顾了激光雷达的发展历程,分析了几种典型的激光雷达的特点。其中重点分析了直接测距型和间接测距型激光雷达的原理与特点。基于增益调制型激光雷达的原理,分析了单线性和双线性两种增益方式的原理和测距误差,分析了单通道和双通道两种不同的系统结构各自的优缺点。由于机载拍摄时雷达单帧图像信噪比低但相邻图像之间重合度大的特点,提出了一种更加简便的提高雷达探测精度的方法,即直接对灰度图进行叠加。基于此方法,分析了光源均匀性、叠加帧数、飞机姿态变化等因素对这种方法测距误差的影响。分析得出这几种因素在满足一定条件时对灰度叠加影响很小。使用这种灰度叠加方法后,测距误差能降到原来的1/√n°最后通过静态实验、地面模拟动态实验和航拍实验三次不同状态的实验验证该方法的正确性。分析了基于区域的配准方法与基于特征的方法的各自区别和优缺点。由于图像的直接拼接容易造成配准误差的累积效应,提出了图像配准的分组拼接法。分析了相位相关算法使用过程中出现的毛刺问题,提出了解决此问题的去毛刺算法。分析了飞机姿态对雷达图像配准的影响,提出了使用SIFT算法来进行飞机姿态变化较大时先对图像进行校正的方法。介绍了机载面阵成像激光雷达系统的成像特点,分析了飞机姿态与雷达所得距离图的关系。然后提出了通过旋转矩阵来对雷达距离图进行投影校正的方法。最后做实验验证此方法的正确性。论文最后对全文进行了总结并提出今后有待改进的方面。
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