光子计数激光雷达中光子点云滤波方法的比较与分析

作     者：王振华 陈诗贤 孔伟 刘向锋 Wang Zhenhua;Chen Shixian;Kong Wei;Liu Xiangfeng

作者机构：上海海洋大学信息学院上海201306 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院空间主动光电技术重点实验室上海200083 

出 版 物：《激光与光电子学进展》 (Laser & Optoelectronics Progress)

年 卷 期：2023年第60卷第6期

页      面：334-341页

核心收录：

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 0702[理学-物理学] 

主　　题：光子点云 滤波方法 直方图统计 局部距离统计 基于密度的噪声空间聚类 

摘      要：相对于传统阈值型和全波形激光雷达,光子计数激光雷达具有高密度、高分辨率、高穿透性等优势,然而光子计数激光雷达所获得的光子点云数据具有较多的背景噪声及干扰噪声,为准确识别目标上的有效光子信号,采用合适的光子滤波方法很有必要.目前主要存在的滤波方法有基于直方图统计去噪、基于局部距离统计去噪、基于密度的噪声空间聚类(DBSCAN)去噪等.为了解这些方法对山地和水体区域的适用性,选用机载多波束试验激光雷达分别对这些方法进行比较与分析.实验结果表明,3种去噪方法都可以准确提取有效的光子点云,其中直方图统计方法对于地形平坦区域和水体的去噪效果明显优于地形起伏区域,局部距离统计和DBSCAN的去噪效果受地形变化影响较小,且DBSCAN对山地数据的去噪效果最佳.用去噪精确度、去噪召回率和F1指标对这3种方法的去噪结果进行定量比较.3种方法对于山地区域内的有效光子去噪精度分别为0.9342、0.9524、0.9669,对于水体区域的有效光子去噪精度分别为0.9981、0.9492、0.9349.