一种光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波方法及装置，涉及激光探测领域，所述方法包括：获取水面光子数据集和水下光子数据集，并分别根据水面光子数据集和水下光子数据集获取水面光子的带宽和水下光子的带宽；基于均值偏移算法，根据每个光子的带宽确定对应的光子的漂移向量，根据漂移向量更新对应的光子的位置，并根据所有水面光子的位置和所有水下光子的位置，将收敛位置相近的光子进行归类操作，得到水面光子聚类中心数据集和水下光子聚类中心数据集；对水面光子聚类中心数据集和水下光子聚类中心数据集分别进行曲线拟合操作，根据拟合得到的水面曲线和水下曲线对对应的光子进行过滤，得到信号光子，实现信号光子的有效提取。信号光子的有效提取。信号光子的有效提取。

【技术实现步骤摘要】
一种光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波方法及装置


[0001]本专利技术涉及激光探测
，具体而言，涉及一种光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波方法及装置。

技术介绍

[0002]海岛礁区域水深、地形与底质数据是海防建设和海洋生态保护等所需的重要基础地理空间信息数据。高精度、高效性和时序性的海岛礁典型要素的探测与专题图制作，是实现浅海环境治理、浅海资源开发利用、浅海航行等应用的基石。随着经济建设、资源开发利用的日新月异，快速、准确获取这些浅海区域海底地形起伏信息和水深信息的需求越来越迫切。
[0003]光子计数激光雷达是近年来发展出来的新型激光探测技术，采用更加灵敏的单光子探测器，具有更高的脉冲重复频率，可以获取光斑更小、密度更高的光子点云数据（光斑间隔仅为0.7 m），为高分辨率海岸带、岛礁的水深、地形测量和特定参数信息的获取提供了可能性，但光子数据中包含大量太阳噪声、大气噪声和系统本身噪声，为了去除噪声光子点并估算水深，需要深入研究光子计数激光雷达的滤波技术。
[0004]现有的滤波算法已在非水体目标中进行应用，可较好地提取水面信号光子，但水下光子密度空间分布差异性显著，受到水下地形起伏的影响导致常规算法难以提取，且针对光子计数激光雷达的探测机理即光子计数激光雷达系统发射和接收信号相较于传统激光雷达均为弱信号，受噪声影响极大，无法准确预测真实信号点位置。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的问题是在光子密度分布不均和水下地形变化剧烈的复杂条件下，如何提高光子滤波精度，实现信号光子的有效提取。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波方法，包括如下步骤：获取水面光子数据集和水下光子数据集，并根据所述水面光子数据集获取水面光子的带宽，根据所述水下光子数据集获取水下光子的带宽；基于均值偏移算法，根据每个光子的带宽确定对应的所述光子的漂移向量，根据所述漂移向量更新对应的所述光子的位置，其中，所述光子包括所述水面光子和所述水下光子；根据所有所述水面光子的位置和所有所述水下光子的位置，将收敛位置相近的所述光子进行归类操作，得到水面光子聚类中心数据集和水下光子聚类中心数据集；对所述水面光子聚类中心数据集和所述水下光子聚类中心数据集分别进行曲线拟合操作，得到水面曲线和水下曲线；分别根据所述水面曲线和所述水下曲线对对应的所述光子进行过滤，得到信号光子。
[0007]可选地，所述水面光子数据集包括多个所述水面光子，所述根据所述水面光子数据集获取水面光子的带宽，包括：从所述水面光子数据集中获取任一所述水面光子；确定所述水面光子到对应所述水面光子数据集中其他所述水面光子的距离，得到临时距离；根据所有所述临时距离和预设参数，确定所述水面光子的带宽。
[0008]可选地，所述根据每个光子的带宽确定对应的所述光子的漂移向量，根据所述漂移向量更新对应的所述光子的位置，包括：根据所述光子的带宽得到高斯核函数，并根据所述高斯核函数和所述光子的带宽，得到所述光子的漂移向量；根据所述漂移向量和所述光子的位置，得到所述光子的当前位置，并根据所有所述光子的当前位置更新对应的数据集；根据当前所述数据集获取所述光子的当前带宽，并根据所述光子的当前带宽得到当前所述高斯核函数；根据所述光子的当前带宽和当前所述高斯核函数，得到所述光子的当前漂移向量，直至所述当前漂移向量满足预设迭代条件，并根据所述当前漂移向量更新对应的所述光子的位置。
[0009]可选地，所述根据所述光子的带宽获取高斯核函数，包括：根据所述光子的带宽和所述光子的位置，通过式一得到所述高斯核函数；所述式一为：；其中，为所述高斯核函数，w
o
为所述光子o的带宽，x
o
为所述光子o的位置，x
i
表示N
ok
中的第i个光子的位置，N
ok
表示所述光子o的k个邻居组成的光子集。
[0010]可选地，所述根据所述高斯核函数和所述光子的带宽，得到所述光子的漂移向量，包括：根据所述高斯核函数和所述光子的带宽，通过式二得到所述光子的漂移向量；所述式二为：；其中，为所述光子o的漂移向量。
[0011]可选地，所述信号光子包括水面信号光子和水下信号光子，所述分别根据所述水面曲线和所述水下曲线对所述光子进行过滤，得到信号光子，包括：当所述水面光子数据集中所述光子到所述水面曲线距离小于预设阈值时，则为所述水面信号光子；当所述水下光子数据集中所述光子到所述水面曲线距离小于预设阈值时，则为所
述水下信号光子。
[0012]可选地，所述分别根据所述水面曲线和所述水下曲线对所述光子进行过滤，得到信号光子还包括：当所述水面光子数据集中所述光子到所述水面曲线距离大于或等于所述预设阈值时，则为噪声光子；当所述水下光子数据集中所述光子到所述水面曲线距离大于或等于所述预设阈值时，则为所述噪声光子。
[0013]本专利技术所述的光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波方法相对于现有技术的优势在于：首先分别通过所述水面光子数据集和所述水下光子数据集获取水面光子的带宽和水下光子的带宽，并基于均值偏移算法，通过每个光子的带宽确定对应的漂移向量，通过漂移向量更新对应的所述光子的位置，并根据更新后的所有所述光子的位置进行聚类操作，得到所述水面光子聚类中心数据集和所述水下光子聚类中心数据集，而均值偏移算法会根据分布密度自动将数据归到适合的类中，最后通过所述水面光子聚类中心数据集和所述水下光子聚类中心数据集分别进行曲线拟合操作，得到水面曲线和水下曲线对相应的所述光子，即所述水面光子数据集和所述水下光子数据集分别进行过滤，最终得到信号光子。因此，本专利技术参数自适应能力强，能够在光子密度分布不均和水下地形变化剧烈的复杂条件下，通过光子数据集（水下光子数据集和水下光子数据集）自适应确定每个光子的带宽；并且利用均值漂移算法，在每个光子的位置进行更新后，将收敛位置相近的光子进行归类操作，能够准确地找到光子的聚类中心，再通过拟合找到聚类中心附近的光子，进而提高光子滤波精度，实现信号光子的有效提取。
[0014]为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波装置，包括：获取单元，用于获取水面光子数据集和水下光子数据集，并根据所述水面光子数据集获取水面光子的带宽，根据所述水下光子数据集获取水下光子的带宽；处理单元，用于基于均值偏移算法，根据每个光子的带宽确定对应的所述光子的漂移向量，根据所述漂移向量更新对应的所述光子的位置，其中，所述光子包括所述水面光子和所述水下光子；所述处理单元还用于根据所有所述水面光子的位置和所有所述水下光子的位置，将收敛位置相近的所述光子进行归类操作，得到水面光子聚类中心数据集和水下光子聚类中心数据集；所述处理单元还用于对所述水面光子聚类中心数据集和所述水下光子聚类中心数据集分别进行曲线拟合操作，得到水面曲线和水下曲线；筛选单元，用于分别根据所述水面曲线和所述水下曲线对对应的所述光子进行过滤，得到信号光子。
[0015本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波方法，其特征在于，包括：获取水面光子数据集和水下光子数据集，并根据所述水面光子数据集获取水面光子的带宽，根据所述水下光子数据集获取水下光子的带宽；基于均值偏移算法，根据每个光子的带宽确定对应的所述光子的漂移向量，根据所述漂移向量更新对应的所述光子的位置，所述光子包括所述水面光子和所述水下光子，并根据所有所述水面光子的位置和所有所述水下光子的位置，将收敛位置相近的所述光子进行归类操作，得到水面光子聚类中心数据集和水下光子聚类中心数据集；对所述水面光子聚类中心数据集和所述水下光子聚类中心数据集分别进行曲线拟合操作，得到水面曲线和水下曲线；分别根据所述水面曲线和所述水下曲线将对应的所述光子进行过滤，得到信号光子。2.根据权利要求1所述的光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波方法，其特征在于，所述水面光子数据集包括多个所述水面光子，所述根据所述水面光子数据集获取水面光子的带宽，包括：从所述水面光子数据集中获取任一所述水面光子；确定所述水面光子到对应所述水面光子数据集中其他所述水面光子的距离，得到临时距离；根据所有所述临时距离和预设参数，确定所述水面光子的带宽。3.根据权利要求1所述的光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波方法，其特征在于，所述根据每个光子的带宽确定对应的所述光子的漂移向量，根据所述漂移向量更新对应的所述光子的位置，包括：根据所述光子的带宽得到高斯核函数，并根据所述高斯核函数和所述光子的带宽，得到所述光子的漂移向量；根据所述漂移向量和所述光子的位置，得到所述光子的当前位置，并根据所有所述光子的当前位置更新对应的数据集；根据当前所述数据集获取所述光子的当前带宽，并根据所述光子的当前带宽得到当前所述高斯核函数；根据所述光子的当前带宽和当前所述高斯核函数，得到所述光子的当前漂移向量，直至所述当前漂移向量满足预设迭代条件，并根据所述当前漂移向量更新对应的所述光子的位置。4.根据权利要求3所述的光子计数激光雷达自适应核密度估计滤波方法，其特征在于，所述根据所述光子的带宽获取高斯核函数，包括：根据所述光子的带宽和所述光子的位置，通过式一得到所述高斯核函数；所述式一为：；其中，为所述高斯核函数，w
o
为所述光子o的带宽，x
o
为所述光子o的位置，x
i
表示N
ok
中的第i个光子的位置，N
ok
表示所述光子o的k个邻居组成的光子集...

【专利技术属性】
技术研发人员：谌一夫，乐源，李帅，张东方，吴临，宋吴星，王力哲，
申请(专利权)人：东海实验室，
类型：发明
国别省市：