门控激光相机雷达三边滤波平滑去噪算法研究

作     者：夏晨昊 王新伟 孙亮 宋博 范松涛 周燕 XIA Chenhao;WANG Xinwei;SUN Liang;SONG Bo;FAN Songtao;ZHOU Yan

作者机构：中国科学院半导体研究所光电系统实验室北京100083 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2024年第53卷第8期

页      面：239-249页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家科技部重点研发计划课题项目(2022YFF1300103) 北京市自然科学基金重点研究专题项目(Z200006) 国家自然科学基金面上项目(42276197) 中国科学院青年创新促进会优秀会员项目(Y2021044) 

主　　题：门控激光相机雷达 距离选通成像 三维图像 三边滤波 统计学滤波 

摘      要：基于距离能量相关选通三维成像技术的门控激光相机雷达可以同时获取高水平分辨率的强度图像和三维图像,不存在激光雷达和摄像机复合技术方案中的异源数据融合问题。然而,与现有激光雷达一样,门控激光相机雷达输出的选通三维图像依然会受到器件噪声、时域特性、目标反射率和背景环境等因素影响,导致三维图像质量降低,最终影响实际应用,特别是高水平分辨率特点下的小尺度噪声问题。针对门控激光相机雷达小尺度噪声问题,文中提出三边滤波平滑去噪算法,该算法同时利用选通图像和深度图像对三维图像进行平滑。相比传统的双边滤波,该算法引入选通图像的灰度作为第三个权重,当物体边缘与其他物体或背景存在灰度差异时,该算法有很好的边缘保持效果。仿真实验使用两种不同噪声的金字塔靶,并通过双边滤波和三边滤波对噪声进行平滑,对于噪声标准差为0.2 m和0.3 m的金字塔,三边滤波后三维图像的峰值信噪比分别平均提高10.81 dB和6.76 dB。在物理实验中,对于含有噪声的标准靶,三边滤波后峰值信噪比平均提高8.47 dB。最后采集了真实复杂场景的选通图像,完成小尺度噪声的平滑和大尺度噪声的去除,验证了三边滤波结合统计学滤波方法的实用性。