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基于非局部滤波算法的相干激光雷达图像复原研究

作　者: 夏志伟
导　师: 李琦
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 相干激光雷达图像复原图像融合非局部滤波块匹配三维滤波非局部概率统计滤波
分类号: TN957.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

数字图像处理技术在激光雷达图像中占有重要的地位，如何有效去除强度像的散斑噪声和距离像的距离反常噪声，直接影响整个激光雷达系统的精度和性能。非局部均值滤波、块匹配三维滤波是近年来新提出的基于非局部滤波的去噪算法，尤其后者处理高斯噪声可以获得非常好的图像复原质量。由于这些算法在图像去噪处理中的良好表现，为提高激光雷达图像复原质量，本论文采用多种基于非局部滤波算法的图像复原技术，对激光雷达强度像和距离像的图像复原展开研究。为合理的评价激光雷达强度像和距离像的图像质量，采用结构相似度、峰值信噪比和散斑指数评价含散斑噪声强度像和复原强度像，采用结构相似度和均方根误差评价距离像，并对评价结果进行分析讨论。根据强度像中散斑噪声的乘性特性，结合同态变换、参数选取等方法，采用多种非局部滤波算法，包括非局部均值滤波及其前人提出的改进算法、基于块的局部最优维纳滤波、块匹配三维滤波算法，分别研究不同载噪比下的仿真强度像、目标各部分载噪比不同的仿真强度像的图像复原，并对滤波结果从图像的灰度分布均匀性、目标边缘清晰程度、图像质量评价指标等方面进行分析和讨论。根据非局部均值滤波保持图像细节比较好的特点，结合中值滤波和背景抑制等方法，提出图像融合去噪算法；根据距离反常噪声为整个距离测量范围内均匀分布的特点，提出能够保持距离真值的非局部概率统计滤波算法。采用提出的算法及非局部均值滤波、块匹配三维滤波等非局部滤波算法，选取适当的滤波参数，对不同载噪比下的仿真距离像进行了图像复原研究，并对滤波结果进行分析和讨论。为增加与实际情况的关联度，建立了各部分载噪比不同的复杂场景模型，对其距离像采用图像融合去噪算法进行复原并对结果进行讨论。为验证仿真研究的正确性，采用以上多种非局部滤波算法对真实激光雷达强度像和距离像进行图像复原研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9
  1.2 国内外发展状况  9-15
    1.2.1 相干激光雷达强度像复原的研究进展  9-11
    1.2.2 相干激光雷达距离像复原的研究进展  11-13
    1.2.3 非局部算法的研究进展  13-15
  1.3 本文主要研究内容  15-17
第2章相干激光雷达图像质量评价方法初步研究  17-31
  2.1 常用图像质量评价方法和常规散斑抑制方法原理简介  17-18
    2.1.1 常用图像质量评价方法  17-18
    2.1.2 常规散斑抑制方法  18
  2.2 激光雷达仿真图像质量评价方法性能比较  18-30
    2.2.1 强度像噪声特性及复原图像的评价结果与分析  18-26
    2.2.2 距离像噪声特性及复原图像的评价结果与分析  26-30
  2.3 本章小结  30-31
第3章相干激光雷达强度像复原研究  31-58
  3.1 非局部均值滤波  31-38
    3.1.1 非局部均值滤波及其同态、多级算法原理  31-33
    3.1.2 仿真强度像的滤波结果及分析  33-38
  3.2 基于结构相似度的非局部均值滤波  38-42
    3.2.1 基于结构相似度的非局部均值滤波原理  38-39
    3.2.2 仿真强度像的滤波结果及分析  39-42
  3.3 基于块的局部最优维纳滤波  42-45
    3.3.1 基于块的局部最优维纳滤波算法原理  42-44
    3.3.2 仿真强度像的滤波结果及分析  44-45
  3.4 块匹配三维滤波算法  45-49
    3.4.1 块匹配三维滤波算法原理  45-47
    3.4.2 仿真强度像的滤波结果及分析  47-49
  3.5 强度像复原算法比较  49-56
    3.5.1 仿真强度像  49-53
    3.5.2 真实强度像  53-56
  3.6 本章小结  56-58
第4章相干激光雷达距离像复原研究  58-88
  4.1 非局部均值滤波  58-62
    4.1.1 仿真距离像的滤波结果及分析  58-60
    4.1.2 背景抑制的仿真距离像的滤波结果及分析  60-62
  4.2 中值非局部均值滤波  62-65
    4.2.1 中值非局部均值滤波原理  62
    4.2.2 仿真距离像的滤波结果及分析  62-65
  4.3 图像融合去噪算法  65-73
    4.3.1 图像融合去噪算法原理  65-66
    4.3.2 仿真距离像的去噪结果及分析  66-73
  4.4 块匹配三维滤波算法  73-76
    4.4.1 仿真距离像的滤波结果及分析  73-75
    4.4.2 背景抑制的仿真距离像的滤波结果及分析  75-76
  4.5 非局部概率统计滤波  76-82
    4.5.1 非局部概率统计滤波原理  76-78
    4.5.2 仿真距离像的滤波结果及分析  78-82
  4.6 距离像复原算法比较  82-87
    4.6.1 仿真距离像  82-84
    4.6.2 真实距离像  84-87
  4.7 本章小结  87-88
结论  88-89
参考文献  89-93
攻读硕士学位期间发表的学术论文  93-95
致谢  95

基于非局部滤波算法的相干激光雷达图像复原研究

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