一种基于强度引导的远距离激光雷达深度估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于强度引导的远距离激光雷达深度估计方法，包括：在数据预处理中充分利用回波信号的时空相关性和强度信息，对激光雷达三维点云数据交替进行多尺度超像素的建立和快速时域开窗；采用优化框架，基于预处理后的激光雷达三维点云数据的泊松分布模型，建立了数据保真项与强度信息引入的正则项相结合的深度估计成本函数；使用交替方向乘子算法从成本函数中估计深度图像。本发明专利技术针对远距离激光雷达得到的三维点云稀疏且数据量大的问题，以更小的内存需求和更低的计算复杂度估计深度图像，并有效改善了深度图像的质量和提升了对低光子水平的鲁棒性。提升了对低光子水平的鲁棒性。提升了对低光子水平的鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于强度引导的远距离激光雷达深度估计方法


[0001]本专利技术属于激光雷达深度估计技术，具体为一种基于强度引导的远距离激光雷达深度估计方法。

技术介绍

[0002]远距离三维成像在地形勘测、水下探索、三维遥感等领域取得了广泛的应用。激光雷达系统采用工作于盖革模式下的雪崩光电二极管(GM
‑
APD)，具有单光子灵敏度和皮秒级时间分辨率。由时间相关单光子计数(TCSPC)技术得到每个像素的光子技术统计直方图，其中计数的位置和数量分别对应深度和强度信息，从而重建3D场景。
[0003]远距离光子计数激光雷达不断发展，可以在更远的距离、更大的视场和更高的分辨率要求下工作，这意味着得到的激光雷达三维数据尺寸更大，相应的内存需求和计算复杂度更大。同时，在远距离激光雷达应用的室外场景中，由于巨大衰减的存在，目标返回的信号极为微弱并往往被强背景噪声所淹没，因此，精确的激光雷达深度估计具有挑战性。
[0004]目前，除了优化激光雷达硬件系统之外，已经存在一些后端处理算法来改进低光子水平下的深度估计质量和鲁棒性。Halimi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于强度引导的远距离激光雷达深度估计方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1：利用强度信息和回波信号的时空相关性，对激光雷达三维点云数据交替进行多尺度超像素的建立和快速时域开窗，完成数据预处理；步骤2：采用优化框架，基于预处理后的激光雷达三维点云数据的泊松分布模型，建立数据项与强度信息引入的正则项相结合的深度估计成本函数；步骤3：使用交替方向乘子算法从成本函数中估计深度图像。2.根据权利要求1所述的基于强度引导的远距离激光雷达深度估计方法，其特征在于，对激光雷达三维点云数据交替进行多尺度超像素的建立和快速时域开窗的具体方法为：步骤1.1：设当前阶段为l，1≤l≤l
max
，其中，l
max
为预设的最大的阶段数；步骤1.2：对强度图r
l
‑1使用边缘检测Canny算子，获得标记边缘的二进制矩阵D
l
，其中，D
l
(i,j)为矩阵D
l
中元素；并使用矩阵F
l
标记深度图t
l
‑1中的空像素和噪声像素，其中，F
l
(i,j)为矩阵F
l
中元素；步骤1.3：进行超像素的建立，对每个像素(i,j)，超像素N
i,j
的具体公式为：N
i,j
＝{(x,y)∈{i
‑
l...,i+l}
×
{j
‑
l...,j+l}:F
l
‑1(x,y)＝0,D
l
‑1(x,y)＝D
l
‑1(i,j),其中，为像素(x,y)与像素(i,j)的强度差，R为阈值；对像素(x,y)∈N
i,j
，与像素(i,j)处于同一边缘，且既不是空像素又不是噪声像素，当强度差小于阈值R，将他们合并成一个新的超像素n，此时，光子计数直方图表达为将这些像素视作新的超像素n，T为时间单元的总数；对像素)x,y)∈{i
‑
l
…
,i+l}
×
{j
‑
l
…
,j+l}且F
l
‑1(x,y)＝0，但是D
l
‑1(x,y)≠D
l
‑1(i,j)或保留原来尺度的超像素；对像素(x,y)∈{i
‑
l...,i+l}
×
{j
‑
l...,j+l}且F
l
‑1(x,y)＝1，它们为空像素或噪声像素，光子计数直方图表达为与超像素n中像素个数的商；步骤1.4：进行快速时域开窗，对每个像素(i,j)上时间单元个数为T的直方图开窗后，得到数据其中，为经过阶段l处理后像素(i,j)上第t个时间单元的光子计数，T
ml
(i,j)为开窗后区间的第一个时间单元，T
w
为预设时间单元个数；
步骤1.5：使用最大似然估计得到强度图r
l
和深度图t
l
，具体公式为：，具体公式为：式中，为像素(i,j)上经过阶段l处理后的第t个时间单元的光子计数，N
r
为行像素个数，N
c
为列像素个数；步骤1.6：若满足判决条件：若在当前阶段l上没有空像素和噪声像素，即F
l
(i,j)＝0，或达到预设的最大的阶段数l
max
，得到处理后的激光雷达点云数据其中，为超像素n上第t个时间单元的光子计数，N
superpixel
为超像素总数，T
m
(n)为超像素n上开窗后区间的第一个时间单元，否则，l＝l+1，并重复步骤1.1～1.6。3.根据权利要求2所述的基于强度引导的远距离激光雷达深度估计方法，其特征在于，快速时域开窗的具体方法为：对每个像素(i,j)上时间单元个数为T的直方图s
i,j
＝{s
i,j,t
:1≤t≤T}进行以下步骤：步骤1.4.1：设定搜索初值：步骤1.4.2：将直方图划分成三个长度相等的子集，并计算它们的光子计数之和：步骤1.4.2：将直方图划分成...

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟基，邬淼，张闻文，陈钱，邹燕，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：