《激光雷達(dá)作業(yè)》PPT課件.ppt

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1、機(jī)載激光雷達(dá)圖像邊緣處理算法比較姓名宋志遠(yuǎn)學(xué)號(hào)S2008074指導(dǎo)老師李玉山第一章緒論1.1國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展動(dòng)態(tài)激光雷達(dá)是"光探測(cè)和測(cè)距"(Lightdetectionandranging)的簡(jiǎn)稱。國(guó)外略國(guó)內(nèi)華中科技大學(xué)主要研究海洋探測(cè)激光雷達(dá)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)主要研究障礙物回避用激光雷達(dá)，已研制出實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)。電子部27所主要研究直升機(jī)防撞激光雷達(dá)。中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所將激光掃描系統(tǒng)與其他遙感成像系統(tǒng)緊密結(jié)合的方案，并完成了試驗(yàn)樣機(jī)。1.2激光雷達(dá)特點(diǎn)及機(jī)載激光雷達(dá)的應(yīng)用特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)a)具有極高的角分辨能力b)具有極高的距離分辨能力c)速度分辨率高測(cè)速范圍寬d)激光雷達(dá)可

2、完成高精度距離和速度的同時(shí)測(cè)量e)抗干擾能力強(qiáng)f)可用于水下探測(cè)和水下通訊缺點(diǎn)1．全天候性能低于微波雷達(dá)；2．波束窄，搜索目標(biāo)困難；3．效率低，技術(shù)上的難度大且一些關(guān)鍵技術(shù)不夠成熟。機(jī)載激光雷達(dá)應(yīng)用軍用1．用于測(cè)距系統(tǒng)2．用于宇宙飛船導(dǎo)航3．用于水下定位及通訊民用1．用于大氣遙感和大氣測(cè)量2．用于測(cè)量大氣臭氧3．用于工業(yè)生產(chǎn)中的險(xiǎn)情預(yù)報(bào)4．用于測(cè)繪和大地測(cè)量5．用于港口雷達(dá)的交通管理第二章機(jī)載激光雷達(dá)距離圖像的邊緣檢測(cè)研究本文分析和比較了5個(gè)算法(Sobel、Kirsch、LOG、Canny、參數(shù)檢驗(yàn)算子)的基本性能指標(biāo),如信噪比、邊緣定位的精度,并且對(duì)激光雷達(dá)所采集

3、的圖像進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較。1）Sobel和Kirsch算子Sobel和Kirsch算子都是梯度算子,是根據(jù)計(jì)算梯度得到邊緣的,可以代表梯度算子這一類的基本性質(zhì)。對(duì)簡(jiǎn)單的梯度算子進(jìn)行擴(kuò)展,對(duì)周圍鄰域進(jìn)行權(quán)值計(jì)算,具有平滑像素的作用。2）LOG算子Marr和Hildreth將高斯濾波和拉普拉斯邊緣檢測(cè)結(jié)合在一起,形成了著名的LOG算法,也稱為拉普拉斯高斯算法。LOG算法首先對(duì)圖像進(jìn)行高斯平滑處理,然后再進(jìn)行拉普拉斯變換,根據(jù)二階導(dǎo)數(shù)交叉過(guò)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)一階導(dǎo)數(shù)最大值的判定尋找邊緣。3）Canny算子Canny算子也是先進(jìn)行高斯平滑處理,然后用一階偏導(dǎo)的有限差分計(jì)算梯度的幅值和方向,

4、再對(duì)梯度幅值進(jìn)行非極大值抑制,最后用雙閾值算法檢測(cè)和連接邊緣。4）參數(shù)檢驗(yàn)算子參數(shù)檢驗(yàn)算子是建立在數(shù)理統(tǒng)計(jì)上的一種邊緣檢測(cè)方法,是一種概率統(tǒng)計(jì)算子。通過(guò)對(duì)邊緣分割開的兩個(gè)區(qū)域的統(tǒng)計(jì)參量進(jìn)行比較,如果相似,就不存在邊緣,反之就存在邊緣。激光雷達(dá)圖像的噪聲主要為乘性噪聲，用參數(shù)檢驗(yàn)算子效果較好。第三章機(jī)載激光雷達(dá)圖像邊緣檢測(cè)算法比較(1)抗噪性能Sobel和Kirsch算法先對(duì)鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)進(jìn)行加權(quán),然后根據(jù)梯度原理進(jìn)行差分,得到像素中心的像素值。這種處理對(duì)抑制加性噪聲有一定的好處,對(duì)抑制乘性噪聲不是特別明顯。LOG算法和Canny算法都采用了高斯平滑函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行平滑。

5、高斯函數(shù)平滑對(duì)高斯白噪聲具有良好的抑制作用。參數(shù)檢驗(yàn)算法是基于噪聲為乘性噪聲的,因而對(duì)散斑噪聲有良好的抑制作用,而且它所采用的是統(tǒng)計(jì)特性,從理論上講,對(duì)某些環(huán)境噪聲也有一定抑制作用。(2)邊緣定位精度兩點(diǎn)需要考慮:1)所得到的邊緣是多像素還是單像素2)考慮其誤檢率和漏檢率。有的邊緣算法已經(jīng)包含了連接,它所得到的邊緣圖像是連續(xù)的,如LOG算法,而其他的某些算法并不能連接,因此邊緣不連續(xù),漏檢就比較多。Sobel和Kirsch算法是通過(guò)模板與圖像的卷積,再經(jīng)二值化處理得到邊緣圖像,它是多像素的。Canny算法符合第3個(gè)準(zhǔn)則,算法所得到的邊緣是單像素的,但是沒(méi)連接。LOG算

6、法所得到的邊緣是單像素的,而且是已連接的。參數(shù)檢驗(yàn)算法并沒(méi)有明確地規(guī)定邊緣的單像素,因而它的邊緣是多像素的。邊緣的大部分信息都已經(jīng)包含在邊緣里,重要的是后續(xù)能不能把正確的有效信息提取出來(lái)。(3)所需時(shí)間Sobel和Kirsch算法只利用了模板卷積,所以計(jì)算時(shí)間最短。而LOG和Canny算法都先利用了高斯平滑,再進(jìn)行處理,所需的時(shí)間最長(zhǎng)。對(duì)于同一幅圖像,所需處理的時(shí)間從長(zhǎng)到短為:Canny算法、LOG算法、參數(shù)檢驗(yàn)算法、Kirsch算法、Sobel算法第四章實(shí)驗(yàn)結(jié)果及總結(jié)用5種算法對(duì)圖2進(jìn)行邊緣檢測(cè),其中圖像強(qiáng)度在0到1之間,結(jié)果如圖所示。建筑物照片實(shí)際激光雷達(dá)成像圖像

7、Canny算法Kirsch算法用Canny方法能檢測(cè)到非常細(xì)致的灰度變化，但這不是所需要的建筑物的輪廓,只檢測(cè)了一些零星的細(xì)節(jié)。Sobel算法LOG算法參數(shù)檢驗(yàn)算法Sobel算法檢測(cè)出的邊緣都不太清楚,誤檢和漏檢都很大。LOG算法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,是我們所要的這個(gè)建筑物的大致輪廓,σ越大,越能做到這一點(diǎn)。但左側(cè)的這些像素的邊緣檢測(cè)出來(lái),這并不是所需要的,而且建筑物的某些邊緣已經(jīng)內(nèi)凹或者外凸,這些都是誤檢的,它的定位不精確,因此該方法并不適合。參數(shù)檢驗(yàn)算法的結(jié)果,閾值為0.053。用參數(shù)檢驗(yàn)算法得到的邊緣圖像的輪廓信息較好,漏檢少;缺點(diǎn)是得到的圖像的邊緣是多