专利名称：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 三维成像雷达系统中最有希望的一种。在基于条纹管的成像激光雷达系统中，获取目标的 距离信息是整个系统的核心，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。 在实际成像系统中，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 像激光雷达系统，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)对目标的静态图像轧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γΜ，静态标定线的所有纵坐标为yen，y02... y0i·.. y。m，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Md进行边界保持类平滑滤波，得到的图像记为Mdtl ；3)根据获得的静态标定线的纵坐标yQ1，yQ2... y0i... yQm在滤波后的动态图像Mdtl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/ ；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Vp，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Vd ；5)对一半透半反玻璃柱加扫描电压成像为一系列均勻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χ为当前条纹数据点在待处理图像M/中的横坐标，Yi为当前条纹数据点在待 处理图像M/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)
6)设当前条纹数据点对应的条纹管荧光屏发光亮度为Li，则Li的计算公式为式 (2)Li =Aji(Vi-Vd)" (2)式中Vi为当前条纹数据点对应的此时条纹管的加速电压值，A和η为与条纹管荧 光屏介质相关的参数，Ji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Ltli，则Ltli如(3)式所示L0i = Aji(Vp-Vd)" (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Ltli为式(4)，且假设1! = 1:L0i=LiXi JP~Vd^-)(4)
γ -γ则加权校正的权值系数为T/ r/ ’‘-；9)待处理图像M/中(X，Yi)点的像素点的灰度值用Gxyi表示；10)以静态标定线的纵坐标yQ1，yQ2... y0i... y08为基准分别对待处理图像M/上每
γ -γ
条条纹图像的像素点的灰度值Gxyi作加权处理，权值为τ/ Γ/ “ “^，变换后的像素 点的灰度值Gxyi ’如式(5)所示Gxyi'=Gxyi. -:p V"-—(5)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系统，尤 其是实时的数据处理系统；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。


图1为目标的动态图像Md ；图2为经过SNN滤波之后的动态图像Mdtl ；图3为标定完成的待处理图像为M/ ；图4为校正完成后的图像。
具体实施例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Ms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yen，i02.. · y0i. · · y08 ；提取出的基准线的 纵坐标如下表所示
条级 y0i y02 y03 y04 y05 y06 y07 y08 坐标 50 86 125 162 197 232 270 29F2)目标的动态图像为400*400，如图1所示，对目标的动态图像Md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Mdtl，如图2所示；3)根据获得的静态标定线的纵坐标Yt^ytl2... y0i... Ytl8在滤波后的动态图像Mdtl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/，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Vp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Vd为500V ；5)对一半透半反玻璃柱加扫描电压成像为一系列均勻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χ为当前条纹数据点在待处理图像M/中的横坐标，Yi为当前条纹数据点在待 处理图像M/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 (Yi-Y0i)6)设当前条纹数据点对应的条纹管荧光屏发光亮度Li为Li = Aji(Vi-SOO)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Ltli为L0i = SOOAji8)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Lcii为
τ —τ _1000-500Loi=Li1000-500 + (j/-Jo,)x0.68
1000-500即加权校正的权值系数为=1ftnn《仙丄广-
1000-500+ (^i -j0/)χ 0.689)待处理图像M/中(X，Yi)点的像素点的灰度值用Gxyi表示；10)以静态标定线的纵坐标yQ1，yQ2... y0i... y08为基准分别对待处理图像M/上每
1000-500
条条纹图像的像素点的灰度值Gxyi作加权处理，权值为·ιηηΛ(-Γ-ΓΤ7，变换后
y1000-500+ (Ji χ 0.68
的像素点的灰度值Gxyi’为
^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 ；
广,_ _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 ；
广，_广1000-500Gxy5 =知5.1000_500 + (>；广凡>068，其中，y, = y5，y0i = y。5 = 197 ；
广_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 ；
广 ’_广1000-500°xy8 =Gxy8. 1000-500 + U -jOX0.68，其中，力= ^ = ^ = 290 ；用Matlab计算软件根据上述分别对待处理图像M/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。
权利要求
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Ms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y0i，静态标定线的所有纵坐标为y01，y02...y0i...y0m，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Md进行边界保持类平滑滤波，得到的图像记为Md0；3)根据获得的静态标定线的纵坐标y01，y02...y0i...y0m在滤波后的动态图像Md0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Md’；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Vp，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Vd；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Md’中的横坐标，yi为当前条纹数据点在待处理图像Md’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+(yi y0i)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Li，则Li的计算公式为式(2)Li＝Aji(Vi Vd)n(2)式中Vi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，ji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L0i，则L0i如(3)式所示L0i＝Aji(Vp Vd)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L0i为式(4)，且假设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>&times;</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>则加权校正的权值系数为9)待处理图像Md’中(x，yi)点的像素点的灰度值用Gxyi表示；10)以静态标定线的纵坐标y01，y02...y0i...y08为基准分别对待处理图像Md’上每条条纹图像的像素点的灰度值Gxyi作加权处理，权值为变换后的像素点的灰度值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>&CenterDot;</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Md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。
全文摘要
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L0i为待处理图像中(x，yi)点的像素点的灰度值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。本发明运算量小，简单易行，并且通用于基于条纹管三维成像的激光雷达系统，尤其是实时的数据处理系统；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。
文档编号G01S7/497GK101963666SQ20101028706
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者韩绍坤, 马晨宁 申请人:北京理工大学