專利名稱：一種條紋管成像激光雷達強度像畸變的校正方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種條紋管成像激光雷達強度像畸變的校正方法，屬于光電成像及圖 像處理技術領域。
背景技術：
激光三維成像雷達是近些年國際上的研究熱點，它是激光技術與雷達技術相結合 的產物，在軍事，航天等領域有著廣闊的發(fā)展前景。基于條紋管的成像激光雷達是所有激光 三維成像雷達系統(tǒng)中最有希望的一種。在基于條紋管的成像激光雷達系統(tǒng)中，獲取目標的 距離信息是整個系統(tǒng)的核心，也是整個成像任務的最終目的。條紋圖像是提取目標距離信 息的最重要的數據來源，條紋圖像處理的好壞直接關系到后續(xù)的目標距離提取的精確度。 在實際成像系統(tǒng)中，通常認為CCD捕獲的熒光屏條紋強度圖像即是反映了目標激光回波的 強弱。然而，熒光屏的亮暗不但和加速電子束的密度有關，還和電子束的加速電壓有關，不 同時刻到來的電子束具有不同的加速電壓，這樣動態(tài)的條紋圖像的相對強度信息便產生了 一定的畸變，如果以此作為后續(xù)距離提取的圖像數據，不但不能夠真實的反應目標，更直接 影響了后續(xù)的距離信息提取工作，使得距離信息提取建立在不準確的數據基礎上。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決已有技術中由于對強度像數據沒有進行校正導致的距 離信息的提取建立在不準確的數據基礎上，提出一種條紋管成像激光雷達強度像畸變的校 正方法，該方法對條紋強度圖像加權處理，方法簡便易行，特別適用于實時的條紋管三維成 像激光雷達系統(tǒng)，保證了距離信息提取數據的精確。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種條紋管成像激光雷達強度像畸變的校正方法，其具體步驟為1)對目標的靜態(tài)圖像軋采用最小二乘法進行靜態(tài)基準線標定，獲得單像素寬度的 第i條靜態(tài)標定線的縱坐標γΜ，靜態(tài)標定線的所有縱坐標為yen，y02... y0i·.. y。m，其中i為 1 m，m為條紋圖像的條紋數；2)對目標的動態(tài)圖像Md進行邊界保持類平滑濾波，得到的圖像記為Mdtl ；3)根據獲得的靜態(tài)標定線的縱坐標yQ1，yQ2... y0i... yQm在濾波后的動態(tài)圖像Mdtl上 對應的坐標上標定相應的直線，標定完成的待處理圖像為M/ ；4)根據要求測定目標距離遠近的不同，設定條紋管的預設電壓值Vp，條紋管的特 征參數中條紋管熒光屏發(fā)光所需的最低電壓值為Vd ；5)對一半透半反玻璃柱加掃描電壓成像為一系列均勻距離的點并記錄下該一系 列點的電壓值，對該一系列點種任意兩點之間的電壓值與距離值之間的比值求平均值得到 的值記為r ；設χ為當前條紋數據點在待處理圖像M/中的橫坐標，Yi為當前條紋數據點在待 處理圖像M/中的縱坐標，則當前條紋數據點對應的條紋管的掃描電壓值為式(1)
6)設當前條紋數據點對應的條紋管熒光屏發(fā)光亮度為Li，則Li的計算公式為式 (2)Li =Aji(Vi-Vd)" (2)式中Vi為當前條紋數據點對應的此時條紋管的加速電壓值，A和η為與條紋管熒 光屏介質相關的參數，Ji為當前條紋數據點對應的電子流密度；7)如果在非偏轉情況下，則當前條紋數據點落在靜態(tài)標定線上，且記當前條紋數 據點的條紋管熒光屏亮度為Ltli，則Ltli如(3)式所示L0i = Aji(Vp-Vd)" (3)8)由以上(1) (2) (3)式可得到當前條紋數據點在靜態(tài)標定線上的條紋管熒光屏 亮度值Ltli為式(4)，且假設1! = 1:L0i=LiXi JP~Vd^-)(4)
γ -γ則加權校正的權值系數為T/ r/ ’‘-；9)待處理圖像M/中(X，Yi)點的像素點的灰度值用Gxyi表示；10)以靜態(tài)標定線的縱坐標yQ1，yQ2... y0i... y08為基準分別對待處理圖像M/上每
γ -γ
條條紋圖像的像素點的灰度值Gxyi作加權處理，權值為τ/ Γ/ “ “^，變換后的像素 點的灰度值Gxyi ’如式(5)所示Gxyi'=Gxyi. -:p V"-—(5)可以看出當前條紋數據點距離靜態(tài)標定線越遠，即當前條紋數據點所受到的加速 電壓越大，當前條紋數據點的強度值被削弱的越厲害則當前條紋數據點的強度像畸變得到 校正。有益效果本發(fā)明對由于成像機理導致的熒光屏亮度畸變進行了加權處理修正，方法借助已 有的必需數據，運算量小，簡單易行，并且通用于基于條紋管三維成像的激光雷達系統(tǒng)，尤 其是實時的數據處理系統(tǒng)；不但能夠較為真實的反映目標特性，更為后續(xù)的距離信息提取 提供了準確的數據。
圖1為目標的動態(tài)圖像Md ；圖2為經過SNN濾波之后的動態(tài)圖像Mdtl ；圖3為標定完成的待處理圖像為M/ ；圖4為校正完成后的圖像。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
實施例一種條紋管成像激光雷達強度像畸變的校正方法，其具體步驟為1)目標的靜態(tài)圖像為400*400，對目標的靜態(tài)圖像Ms采用最小二乘法進行靜態(tài)基準線標定，獲得單像素寬度的靜態(tài)標定線的縱坐標yen，i02.. · y0i. · · y08 ；提取出的基準線的 縱坐標如下表所示
條級 y0i y02 y03 y04 y05 y06 y07 y08 坐標 50 86 125 162 197 232 270 29F2)目標的動態(tài)圖像為400*400，如圖1所示，對目標的動態(tài)圖像Md進行SNN邊界 保持類平滑濾波，其模板值為3 ；SNN為近鄰均值濾波，得到的圖像記為Mdtl，如圖2所示；3)根據獲得的靜態(tài)標定線的縱坐標Yt^ytl2... y0i... Ytl8在濾波后的動態(tài)圖像Mdtl上 對應的坐標上標定相應的直線，標定完成的待處理圖像為M/，如圖3所示；4)根據要求測定目標的距離為50m，設定條紋管的預設電壓值Vp為1000V，條紋管 的特征參數中條紋管熒光屏發(fā)光所需的最低電壓值Vd為500V ；5)對一半透半反玻璃柱加掃描電壓成像為一系列均勻距離的點并記錄下該一系 列點的電壓值，對該一系列點種任意兩點之間的電壓值與距離值之間的比值求平均值得到 的值記為r = 0. 68V ；設χ為當前條紋數據點在待處理圖像M/中的橫坐標，Yi為當前條紋數據點在待 處理圖像M/中的縱坐標，則當前條紋數據點對應的條紋管的掃描電壓值V為V = 1000+0. 68 (Yi-Y0i)6)設當前條紋數據點對應的條紋管熒光屏發(fā)光亮度Li為Li = Aji(Vi-SOO)7)如果在非偏轉情況下，則當前條紋數據點落在靜態(tài)標定線上，且記當前條紋數 據點的條紋管熒光屏亮度Ltli為L0i = SOOAji8)根據步驟5)、6)和7)可得到當前條紋數據點在靜態(tài)標定線上的條紋管熒光屏 亮度值Lcii為
τ —τ _1000-500Loi=Li1000-500 + (j/-Jo,)x0.68
1000-500即加權校正的權值系數為=1ftnn《仙丄廣-
1000-500+ (^i -j0/)χ 0.689)待處理圖像M/中(X，Yi)點的像素點的灰度值用Gxyi表示；10)以靜態(tài)標定線的縱坐標yQ1，yQ2... y0i... y08為基準分別對待處理圖像M/上每
1000-500
條條紋圖像的像素點的灰度值Gxyi作加權處理，權值為·ιηηΛ(-Γ-ΓΤ7，變換后
y1000-500+ (Ji χ 0.68
的像素點的灰度值Gxyi’為
^xyi -Uxyi· i000-500 + (^-y0/)x0.68
_ , _1000 — 500即 1=Gxyl-1000-500 + (>；,->;Jx0.68，其中，y^ = = =50 ；
_ , _1000-500 _°xy2 =Gxy2· 1000-500 + (^-λ,)χ0.68，其中，力= =畑=86 ；
廣,_ _1000-500 _°xy3 =Gxy3.1000-500 + (^-^)x0.68，其中，力= =^ = 125 ；
Γ ，=Γ1000-500^xy4 -^4. io00-500 + (J,-Jo;)X0.68，其中，L = 畑=^ = 162 ；
廣，_廣1000-500Gxy5 =知5.1000_500 + (>；廣凡>068，其中，y, = y5，y0i = y。5 = 197 ；
廣_1000-500 _Gxy6 =Gxy6· 1000-500 + U -Joi)x0.68，其中，力=畑 =^ = 232 ；
1000-500°xy7 =Gxy7· 1000-500 + (^-^)x0.68，其中，力=知 ^ =畑=270 ；
廣 ’_廣1000-500°xy8 =Gxy8. 1000-500 + U -jOX0.68，其中，力= ^ = ^ = 290 ；用Matlab計算軟件根據上述分別對待處理圖像M/中每條條紋中的每個像素點 帶入上述公式進行遍歷計算，得到的圖像如圖4所示，由圖4相比圖3可以看出，每條條紋 圖像以靜態(tài)標定線為基準都得到了不同程度的削弱，圖像的畸變得到了校正，為后續(xù)的強 度像重構及距離信息提取提供了可靠準確的數據。
權利要求
一種條紋管成像激光雷達強度像畸變的校正方法，其特征在于具體步驟為1)對目標的靜態(tài)圖像Ms采用最小二乘法進行靜態(tài)基準線標定，獲得單像素寬度的第i條靜態(tài)標定線的縱坐標y0i，靜態(tài)標定線的所有縱坐標為y01，y02...y0i...y0m，其中i為1～m，m為條紋圖像的條紋數；2)對目標的動態(tài)圖像Md進行邊界保持類平滑濾波，得到的圖像記為Md0；3)根據獲得的靜態(tài)標定線的縱坐標y01，y02...y0i...y0m在濾波后的動態(tài)圖像Md0上對應的坐標上標定相應的直線，標定完成的待處理圖像為Md’；4)根據要求測定目標距離遠近的不同，設定條紋管的預設電壓值Vp，條紋管的特征參數中條紋管熒光屏發(fā)光所需的最低電壓值為Vd；5)對一半透半反玻璃柱加掃描電壓成像為一系列均勻距離的點并記錄下該一系列點的電壓值，對該一系列點種任意兩點之間的電壓值與距離值之間的比值求平均值得到的值記為r；設x為當前條紋數據點在待處理圖像Md’中的橫坐標，yi為當前條紋數據點在待處理圖像Md’中的縱坐標，則當前條紋數據點對應的條紋管的掃描電壓值為式(1)V＝Vp+(yi y0i)r(1)6)設當前條紋數據點對應的條紋管熒光屏發(fā)光亮度為Li，則Li的計算公式為式(2)Li＝Aji(Vi Vd)n(2)式中Vi為當前條紋數據點對應的此時條紋管的加速電壓值，A和n為與條紋管熒光屏介質相關的參數，ji為當前條紋數據點對應的電子流密度；7)如果在非偏轉情況下，則當前條紋數據點落在靜態(tài)標定線上，且記當前條紋數據點的條紋管熒光屏亮度為L0i，則L0i如(3)式所示L0i＝Aji(Vp Vd)n(3)8)由以上(1)(2)(3)式可得到當前條紋數據點在靜態(tài)標定線上的條紋管熒光屏亮度值L0i為式(4)，且假設n＝1 <mrow><msub> <mi>L</mi> <mrow><mn>0</mn><mi>i</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>L</mi> <mi>i</mi></msub><mo>×</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <msub><mi>V</mi><mi>p</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>V</mi><mi>d</mi> </msub></mrow><mrow> <msub><mi>V</mi><mi>p</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>V</mi><mi>d</mi> </msub> <mo>+</mo> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>y</mi> <mrow><mn>0</mn><mi>i</mi> </mrow></msub><mo>)</mo> </mrow> <mi>r</mi></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>則加權校正的權值系數為9)待處理圖像Md’中(x，yi)點的像素點的灰度值用Gxyi表示；10)以靜態(tài)標定線的縱坐標y01，y02...y0i...y08為基準分別對待處理圖像Md’上每條條紋圖像的像素點的灰度值Gxyi作加權處理，權值為變換后的像素點的灰度值Gxyi如式(5)所示 <mrow><msup> <msub><mi>G</mi><mrow> <mi>x</mi> <mi>yi</mi></mrow> </msub> <mo>,</mo></msup><mo>=</mo><msub> <mi>G</mi> <mi>xyi</mi></msub><mo>·</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>V</mi> <mi>p</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>d</mi></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>V</mi> <mi>p</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>d</mi></msub><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>y</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>y</mi><mrow> <mn>0</mn> <mi>i</mi></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mi>r</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>.</mo> </mrow>FSA00000277023900021.tif,FSA00000277023900022.tif
2.根據權利要求1所述的一種條紋管成像激光雷達強度像畸變的校正方法，其特征在 于步驟2)中對目標的動態(tài)圖像Md進行邊界保持類平滑濾波為近鄰均值濾波SNN，其模板值為3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種條紋管成像激光雷達強度像畸變的校正方法，屬于光電成像及圖像處理技術領域。對目標的靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像進行處理，然后濾波處理則當前條紋數據點在靜態(tài)標定線上的條紋管熒光屏亮度值L0i為待處理圖像中(x，yi)點的像素點的灰度值當前條紋數據點距離靜態(tài)標定線越遠，即當前條紋數據點所受到的加速電壓越大，當前條紋數據點的強度值被削弱的越厲害則當前條紋數據點的強度像畸變得到校正。本發(fā)明運算量小，簡單易行，并且通用于基于條紋管三維成像的激光雷達系統(tǒng)，尤其是實時的數據處理系統(tǒng)；不但能夠較為真實的反映目標特性，更為后續(xù)的距離信息提取提供了準確的數據。
文檔編號G01S7/497GK101963666SQ20101028706
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權日2010年9月20日
發(fā)明者韓紹坤, 馬晨寧 申請人:北京理工大學