CN101963666B - 一种条纹管成像激光雷达强度像畸变的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种条纹管成像激光雷达强度像畸变的校正方法，属于光电成像及图像处理技术领域。对目标的静态图像和动态图像进行处理，然后滤波处理则当前条纹数据点在静态标定线上的条纹管荧光屏亮度值L_0i为

待处理图像中(x，y_i)点的像素点的灰度值

Description

一种条纹管成像激光雷达强度像畸变的校正方法

技术领域

本发明涉及一种条纹管成像激光雷达强度像畸变的校正方法，属于光电成像及图像处理技术领域。

背景技术

激光三维成像雷达是近些年国际上的研究热点，它是激光技术与雷达技术相结合的产物，在军事，航天等领域有着广阔的发展前景。基于条纹管的成像激光雷达是所有激光三维成像雷达***中最有希望的一种。在基于条纹管的成像激光雷达***中，获取目标的距离信息是整个***的核心，也是整个成像任务的最终目的。条纹图像是提取目标距离信息的最重要的数据来源，条纹图像处理的好坏直接关系到后续的目标距离提取的精确度。在实际成像***中，通常认为CCD捕获的荧光屏条纹强度图像即是反映了目标激光回波的强弱。然而，荧光屏的亮暗不但和加速电子束的密度有关，还和电子束的加速电压有关，不同时刻到来的电子束具有不同的加速电压，这样动态的条纹图像的相对强度信息便产生了一定的畸变，如果以此作为后续距离提取的图像数据，不但不能够真实的反应目标，更直接影响了后续的距离信息提取工作，使得距离信息提取建立在不准确的数据基础上。

发明内容

本发明的目的是为了解决已有技术中由于对强度像数据没有进行校正导致的距离信息的提取建立在不准确的数据基础上，提出一种条纹管成像激光雷达强度像畸变的校正方法，该方法对条纹强度图像加权处理，方法简便易行，特别适用于实时的条纹管三维成像激光雷达***，保证了距离信息提取数据的精确。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种条纹管成像激光雷达强度像畸变的校正方法，其具体步骤为：

1)对目标的静态图像M_s采用最小二乘法进行静态基准线标定，获得单像素宽度的第i条静态标定线的纵坐标y_0i，静态标定线的所有纵坐标为y₀₁，y₀₂...y_0i...y_0m，其中i为1～m，m为条纹图像的条纹数；

2)对目标的动态图像M_d进行边界保持类平滑滤波，得到的图像记为M_d0；

3)根据获得的静态标定线的纵坐标y₀₁，y₀₂...y_0i...y_0m在滤波后的动态图像M_d0上对应的坐标上标定相应的直线，标定完成的待处理图像为M_d’；

4)根据要求测定目标距离远近的不同，设定条纹管的预设电压值V_p，条纹管的特征参数中条纹管荧光屏发光所需的最低电压值为V_d；

5)对一半透半反玻璃柱加扫描电压成像为一系列均匀距离的点并记录下该一系列点的电压值，对该一系列点种任意两点之间的电压值与距离值之间的比值求平均值得到的值记为r；

设x为当前条纹数据点在待处理图像M_d’中的横坐标，y_i为当前条纹数据点在待处理图像M_d’中的纵坐标，则当前条纹数据点对应的条纹管的扫描电压值为式(1)：

V＝Vp+(y_i-y_0i)r    (1)

6)设当前条纹数据点对应的条纹管荧光屏发光亮度为L_i，则L_i的计算公式为式(2)：

L_i＝Aj_i(V_i-V_d)ⁿ    (2)

式中V_i为当前条纹数据点对应的此时条纹管的加速电压值，A和n为与条纹管荧光屏介质相关的参数，j_i为当前条纹数据点对应的电子流密度；

7)如果在非偏转情况下，则当前条纹数据点落在静态标定线上，且记当前条纹数据点的条纹管荧光屏亮度为L_0i，则L_0i如(3)式所示：

L_0i＝Aj_i(V_p-V_d)ⁿ    (3)

8)由以上(1)(2)(3)式可得到当前条纹数据点在静态标定线上的条纹管荧光屏亮度值L_0i为式(4)，且假设n＝1：

$L_{0i}=L_i\×\left(\frac{V_p-V_d}{V_p-V_d+(y_i-y_{0i})r}\right)---\left(4\right)$

则加权校正的权值系数为

9)待处理图像M_d’中(x，y_i)点的像素点的灰度值用G_xyi表示；

10)以静态标定线的纵坐标y₀₁，y₀₂...y_0i...y₀₈为基准分别对待处理图像M_d’上每条条纹图像的像素点的灰度值G_xyi作加权处理，权值为

变换后的像素点的灰度值G_xyi’如式(5)所示：

${G_{x\mathrm{yi}}}^{,}=G_{\mathrm{xyi}}\·\frac{V_p-V_d}{V_p-V_d+(y_i-y_{0i})r}---\left(5\right)$

可以看出当前条纹数据点距离静态标定线越远，即当前条纹数据点所受到的加速电压越大，当前条纹数据点的强度值被削弱的越厉害则当前条纹数据点的强度像畸变得到校正。

有益效果

本发明对由于成像机理导致的荧光屏亮度畸变进行了加权处理修正，方法借助已有的必需数据，运算量小，简单易行，并且通用于基于条纹管三维成像的激光雷达***，尤其是实时的数据处理***；不但能够较为真实的反映目标特性，更为后续的距离信息提取提供了准确的数据。

附图说明

图1为目标的动态图像M_d；

图2为经过SNN滤波之后的动态图像M_d0；

图3为标定完成的待处理图像为M_d’；

图4为校正完成后的图像。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例

一种条纹管成像激光雷达强度像畸变的校正方法，其具体步骤为：

1)目标的静态图像为400*400，对目标的静态图像M_s采用最小二乘法进行静态基准线标定，获得单像素宽度的静态标定线的纵坐标y₀₁，y₀₂...y_0i...y₀₈；提取出的基准线的纵坐标如下表所示：

条纹	y01	y02	y03	y04	y05	y06	y07	y08
									坐标	50	86	125	162	197	232	270	290

2)目标的动态图像为400*400，如图1所示，对目标的动态图像M_d进行SNN边界保持类平滑滤波，其模板值为3；SNN为近邻均值滤波，得到的图像记为M_d0，如图2所示；

3)根据获得的静态标定线的纵坐标y₀₁，y₀₂...y_0i...y₀₈在滤波后的动态图像M_d0上对应的坐标上标定相应的直线，标定完成的待处理图像为M_d’，如图3所示；

4)根据要求测定目标的距离为50m，设定条纹管的预设电压值V_p为1000V，条纹管的特征参数中条纹管荧光屏发光所需的最低电压值V_d为500V；

5)对一半透半反玻璃柱加扫描电压成像为一系列均匀距离的点并记录下该一系列点的电压值，对该一系列点种任意两点之间的电压值与距离值之间的比值求平均值得到的值记为r＝0.68V；

设x为当前条纹数据点在待处理图像M_d’中的横坐标，y_i为当前条纹数据点在待处理图像M_d’中的纵坐标，则当前条纹数据点对应的条纹管的扫描电压值V为：

V＝1000+0.68(y_i-y_0i)

6)设当前条纹数据点对应的条纹管荧光屏发光亮度L_i为：

L_i＝Aj_i(V_i-500)

7)如果在非偏转情况下，则当前条纹数据点落在静态标定线上，且记当前条纹数据点的条纹管荧光屏亮度L_0i为：

L_0i＝500Aj_i

8)根据步骤5)、6)和7)可得到当前条纹数据点在静态标定线上的条纹管荧光屏亮度值L_0i为：

$L_{0i}=L_i\frac{1000-500}{1000-500+(y_i-y_{0i})\×0.68}$

即加权校正的权值系数为：

9)待处理图像M_d’中(x，y_i)点的像素点的灰度值用G_xyi表示；

10)以静态标定线的纵坐标y₀₁，y₀₂...y_0i...y₀₈为基准分别对待处理图像M_d’上每条条纹图像的像素点的灰度值G_xyi作加权处理，权值为

变换后的像素点的灰度值G_xyi’为：

${G_{\mathrm{xyi}}}^{,}=G_{\mathrm{xyi}}\·\frac{1000-500}{1000-500+(y_i-y_{0i})\×0.68}$

即 ${G_{\mathrm{xy}1}}^{,}=G_{\mathrm{xy}1}\·\frac{1000-500}{1000-500+(y_i-y_{0i})\×0.68},$ 其中，y_i＝y₁，y_0i＝y₀₁＝50；

${G_{\mathrm{xy}2}}^{,}=G_{\mathrm{xy}2}\·\frac{1000-500}{1000-500+(y_i-y_{0i})\×0.68},$ 其中，y_i＝y₂，y_0i＝y₀₂＝86；

${G_{\mathrm{xy}3}}^{,}=G_{\mathrm{xy}3}\·\frac{1000-500}{1000-500+(y_i-y_{0i})\×0.68},$ 其中，y_i＝y₃，y_0i＝y₀₃＝125；

${G_{\mathrm{xy}4}}^{,}=G_{\mathrm{xy}4}\·\frac{1000-500}{1000-500+(y_i-y_{0i})\×0.68},$ 其中，y_i＝y₄，y_0i＝y₀₄＝162；

${G_{\mathrm{xy}5}}^{,}=G_{\mathrm{xy}5}\·\frac{1000-500}{1000-500+(y_i-y_{0i})\×0.68},$ 其中，y_i＝y₅，y_0i＝y₀₅＝197；

${G_{\mathrm{xy}6}}^{,}=G_{\mathrm{xy}6}\·\frac{1000-500}{1000-500+(y_i-y_{0i})\×0.68},$ 其中，y_i＝y₆，y_0i＝y₀₆＝232；

${G_{\mathrm{xy}7}}^{,}=G_{\mathrm{xy}7}\·\frac{1000-500}{1000-500+(y_i-y_{0i})\×0.68},$ 其中，y_i＝y₇，y_0i＝y₀₇＝270；

${G_{\mathrm{xy}8}}^{,}=G_{\mathrm{xy}8}\·\frac{1000-500}{1000-500+(y_i-y_{0i})\×0.68},$ 其中，y_i＝y₈，y_0i＝y₀₈＝290；

用Matlab计算软件根据上述分别对待处理图像M_d’中每条条纹中的每个像素点带入上述公式进行遍历计算，得到的图像如图4所示，由图4相比图3可以看出，每条条纹图像以静态标定线为基准都得到了不同程度的削弱，图像的畸变得到了校正，为后续的强度像重构及距离信息提取提供了可靠准确的数据。

Claims (2)

1.一种条纹管成像激光雷达强度像畸变的校正方法，其特征在于具体步骤为：

1)对目标的静态图像M_s采用最小二乘法进行静态基准线标定，获得单像素宽度的第i条静态标定线的纵坐标y_0i，静态标定线的所有纵坐标为y₀₁，y₀₂...y_0i...y_0m，其中i为1～m，m为条纹图像的条纹数；

2)对目标的动态图像M_d进行边界保持类平滑滤波，得到的图像记为M_d0；

3)根据获得的静态标定线的纵坐标y₀₁，y₀₂...y_0i...y_0m在滤波后的动态图像M_d0上对应的坐标上标定相应的直线，标定完成的待处理图像为M_d’；

4)根据要求测定目标距离远近的不同，设定条纹管的预设电压值V_p，条纹管的特征参数中条纹管荧光屏发光所需的最低电压值为V_d；

5)对一半透半反玻璃柱加扫描电压成像为一系列均匀距离的点并记录下该一系列点的电压值，对该一系列点中任意两点之间的电压值与距离值之间的比值求平均值得到的值记为r；

设x为当前条纹数据点在待处理图像M_d’中的横坐标，y_i为当前条纹数据点在待处理图像M_d’中的纵坐标，则当前条纹数据点对应的条纹管的扫描电压值为式(1)：

V＝V_p+(y_i-y_0i)r        (1)

6)设当前条纹数据点对应的条纹管荧光屏发光亮度为L_i，则L_i的计算公式为式(2)：

L_i＝Aj_i(V_i-V_d)ⁿ       (2)

式中V_i为当前条纹数据点对应的此时条纹管的加速电压值，A和n为与条纹管荧光屏介质相关的参数，j_i为当前条纹数据点对应的电子流密度；

7)如果在非偏转情况下，则当前条纹数据点落在静态标定线上，且记当前条纹数据点的条纹管荧光屏亮度为L_0i，则L_0i如(3)式所示：

L_0i＝Aj_i(V_p-V_d)ⁿ     (3)

8)由以上(1)(2)(3)式可得到当前条纹数据点在静态标定线上的条纹管荧光屏亮度值L_0i为式(4)，且假设n＝1：

则加权校正的权值系数为 

9)待处理图像M_d’中(x，y_i)点的像素点的灰度值用G_xyi表示；

10)以静态标定线的纵坐标y₀₁，y₀₂...y_0i...y₀₈为基准分别对待处理图像M_d’上每条条纹图像的像素点的灰度值G_xyi作加权处理，权值为 

变换后的像素点的灰度值G_xyi’如式(5)所示：

2.根据权利要求1所述的一种条纹管成像激光雷达强度像畸变的校正方法，其特征在于：步骤2)中对目标的动态图像M_d进行边界保持类平滑滤波为近邻均值滤波SNN，其模板值为3。 

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