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《哈尔滨工业大学》 2012年
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合成孔径激光雷达成像质量提高的研究

张飞翔  
【摘要】:合成孔径激光雷达以其能够获得超过衍射极限的分辨率而在国内外发展迅速。伴随着合成孔径激光雷达的发展,其方位向的分辨率不断获得提高;与此同时,受到材料的限制,激光雷达发射信号的带宽及啁啾信号的斜率始终难以获得突破,使得合成孔径激光雷达距离向的分辨率成为合成孔径激光雷达的软肋,降低了合成孔径激光雷达的图像质量。本文提出了折线扫描的解决方案,可以获得包含更多信息量的雷达图像,增强了图像的可识别能力,实现了合成孔径激光雷达图像质量的提高。 本文综述了合成孔径激光雷达的研究背景及国内外合成孔径激光雷达的发展现状;介绍了合成孔径激光雷达的基本原理,信号处理过程,以及各种算法;阐述了合成孔径激光雷达折线扫描方式的理论依据;假设目标为物理光学近似下的朗伯体目标,完成了合成孔径激光雷达折线扫描的成像仿真;应用傅里叶-梅林变换获得两幅图像的旋转及缩放信息,应用相位相关方法获得两幅图像的平移量,完成了折线扫描合成孔径激光雷达的图像配准;采用六种图像融合方法,包括同一位置图像数据的相加、相乘、取最大值,以及拉普拉斯金字塔变换算法,基于HAAR小波基的平移不变离散小波变换算法,形态金字塔变换算法,对两幅折线扫描合成孔径激光雷达进行图像融合,得到了融合后的雷达图像;选取了四项指标,包括均方根误差,峰值信噪比,交叉熵和相关系数,作为图像质量的评价标准,与原始的目标图像作对比,分析了两幅折线扫描合成孔径激光雷达图像,及六幅合成孔径激光雷达融合图像;结果表明,在理想情况下,同一位置图像数据的相加、相乘、取最大值这三种简单的图像处理方法,没有起到提高图像质量的效果,而拉普拉斯金字塔变换算法,基于HAAR小波基的平移不变离散小波变换算法,形态金字塔变换算法,可以大幅提高合成孔径激光雷达的图像质量,以形态金字塔变换算法最为突出;分析了合成孔径激光雷达折线扫描融合图像的分辨率,相对于合成孔径激光雷达图像的方位向与距离向的分辨率差异,合成孔径激光雷达折线扫描方式在原距离向可以达到与原方位向一致的高分辨率,验证了折线扫描方式对合成孔径激光雷达分辨率的提高。最后,在有大气湍流及3dB高斯白噪声的影响下,重复了以上图像配准、图像融合、图像质量评估的处理过程,结果表明,在有大气湍流及高斯白噪声时,拉普拉斯金字塔变换算法,基于HAAR小波基的平移不变离散小波变换算法,以及形态金字塔变换算法仍然可以提高合成孔径激光雷达的图像质量;验证了合成孔径激光雷达折线扫描方式的可行性及可靠性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN957.52

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