一种基于四叉树的单光子去噪方法技术

本发明专利技术涉及一种基于四叉树的单光子去噪方法，包括以下步骤：获取原始光子数据，并进行均匀化处理；基于预处理后的光子数据中，根据光子空间分布，转化为四叉树的分布；对每个光子被分到单独的叶结点过程中的子节点进行累加得到每个光子被划分的次数；根据每个光子被划分的次数，选取区分信号光子与噪声光子的阈值，从而进行去噪处理。与现有技术相比，本发明专利技术适用于多种地表类型和噪声率，可以实现信号光子的有效提取。子的有效提取。子的有效提取。

【技术实现步骤摘要】
一种基于四叉树的单光子去噪方法


[0001]本专利技术涉及光子去噪
，尤其是涉及一种基于四叉树的单光子去噪方法。

技术介绍

[0002]美国NASA发射了第二代对地观测激光测高卫星ICESat
‑
2，与上一代ICESat相比，新卫星搭载光子计数激光高度计系统，一举步入光量子探测时代，为定量评估极地冰盖变化、估算海冰厚度、测量植被高度、揭示大区域植被生物量现状及其变化规律提供了新的数据来源。然而，来自太阳背景光的大量噪声光子对实现ICESat
‑
2的科学目标带来了诸多不利，因此需要对ICESat
‑
2数据进行处理，目的是得到地表面的信号光子，为后续更高级别产品的生成提供高精度的输入数据。目前去噪方法主要分为3种，包括利用信号光子空间分布密集而噪声光子空间分布稀疏的聚类算法、将光子转化成波形进行计算的波形统计方法、计算光子点云局部统计参数的特征计算方法。但这些方法有些受到输入参数的影响，有些只针对特定的表面类型效果较好。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于多种地表类型和噪声率的基于四叉树的单光子去噪方法，实现信号光子的有效提取。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]一种基于四叉树的单光子去噪方法，包括以下步骤：
[0006]获取原始光子数据，并进行预处理；
[0007]基于预处理后的光子数据中，根据光子空间分布，转化为四叉树的分布；对每个光子被分到单独的叶结点过程中的子节点进行累加得到每个光子被划分的次数；
[0008]根据每个光子被划分的次数，选取区分信号光子与噪声光子的阈值，从而进行去噪处理。
[0009]进一步地，所述预处理包括对原始光子数据中的背景光子进行均匀化处理。
[0010]进一步地，所述均匀化处理包括计算原始光子数据中背景光子计数率的均值，在所述原始光子数据中依次将各个区域的背景光子计数率与均值进行比较，若小于均值，则减小沿轨距离的数值，若大于均值，则增大沿轨距离的数值。
[0011]进一步地，所述比较过程具体为：将每50shot内的背景光子计数率与均值进行比较，并将结果表现在沿轨距离上，若每50shot内的背景光子计数率小于均值，则减小沿轨距离的数值；若每50shot内的背景光子计数率大于均值，则增大沿轨距离的数值。
[0012]进一步地，所述四叉树中，信号光子位于四叉树的下方，噪声光子位于四叉树的上方，将低于所述阈值的光子作为噪声光子，进行去噪处理。
[0013]进一步地，所述阈值的获取过程包括：通过遍历计算，获取所有可能的阈值，然后寻找使得类间方差最大的阈值，作为最终的阈值。
[0014]进一步地，采用最大类间方差法寻找最终的阈值。
[0015]进一步地，所述最大类间方差法的计算表达式为：
[0016][0017]式中，为最终的第一阈值，k1为第一阈值，为基于k1的统计计算，L
‑
1为阈值的最大值。
[0018]进一步地，采用双阈值最大类间方差法寻找最终的阈值。
[0019]进一步地，所述双阈值最大类间方差法的计算表达式为：
[0020][0021]式中，为最终的第一阈值，为最终的第二阈值，k1为第一阈值，k2为第二阈值，为基于k1和k2的统计计算，L
‑
1为阈值的最大值。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023]由于卫星在运行过程中容易受到太阳光和仪器噪声的影响，使得测量得到的光子数据中存在大量的噪声。关于该问题，目前主要的去噪方法分为3种，包括利用信号光子分布密集而噪声光子分布稀疏特点的聚类算法、将光子数据转化成波形数据的波形统计方法、计算光子点云局部统计参数的特征计算方法。但这些方法有些需要输入参数，有些只针对特定的地表类型。
[0024]本专利技术提出一种基于四叉树的单光子去噪方法，该方法适用于多种地表类型和噪声率，首先对原始光子进行均匀化处理以降低光子分布不均匀对去噪结果的影响，将光子的空间分布转化为四叉树并计算统计特征，选择合适的阈值将信号光子与噪声光子分开。通过目视判别的光子信号标签与该方法所得到的光子标签进行比较，结果表明该方法可以实现信号光子的提取。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例中提供的一种基于四叉树的单光子去噪方法的流程示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例中提供的一种均匀化前后的光子剖面图；
[0027]图3为本专利技术实施例中提供的一种四叉树构建过程示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例中提供的一种四叉树构建结构示意图；
[0029]图5为本专利技术实施例中提供的一种去噪结果精度分析示意图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0031]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0033]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0034]需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0035]此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0036]实施例1
[0037]本实施例提供一种基于四叉树的单光子去噪方法，适用于多种地表类型和噪声率，包括以下步骤：
[0038]S1：获取原始光子数据，并进行预处理，该预处理包括进行均匀化处理以降低光子分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于四叉树的单光子去噪方法，其特征在于，包括以下步骤：获取原始光子数据，并进行预处理；基于预处理后的光子数据中，根据光子空间分布，转化为四叉树的分布；对每个光子被分到单独的叶结点过程中的子节点进行累加得到每个光子被划分的次数；根据每个光子被划分的次数，选取区分信号光子与噪声光子的阈值，从而进行去噪处理。2.根据权利要求1所述的一种基于四叉树的单光子去噪方法，其特征在于，所述预处理包括对原始光子数据中的背景光子进行均匀化处理。3.根据权利要求2所述的一种基于四叉树的单光子去噪方法，其特征在于，所述均匀化处理包括计算原始光子数据中背景光子计数率的均值，在所述原始光子数据中依次将各个区域的背景光子计数率与均值进行比较，若小于均值，则减小沿轨距离的数值，若大于均值，则增大沿轨距离的数值。4.根据权利要求3所述的一种基于四叉树的单光子去噪方法，其特征在于，所述比较过程具体为：将每50shot内的背景光子计数率与均值进行比较，并将结果表现在沿轨距离上，若每50shot内的背景光子计数率小于均值，则减小沿轨距离的数值；若每50shot内的背景光子计数率大于均值，则增大沿轨距离的数值。5.根据权利要求1所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢欢，孙媛，徐琪，黄佩琪，刘小帅，郭亚磊，李彬彬，刘世杰，童小华，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：