单量估计法单光子激光透雾成像

郭世杭，陆 威，孙剑峰，刘 迪，周 鑫，姜 鹏

（1.哈尔滨工业大学 光电子技术研究所 可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨150001；2.复杂系统控制与智能协同技术重点实验室，北京100074）

1 引 言

在光学成像过程中，图像易受雾气影响［1］变得模糊，导致图像质量降低。针对可见光CCD、红外等被动光学成像探测器，透雾方法主要围绕图像处理复原［2］、物理模型复原和深度学习［3-4］方面展开。但受被动成像机理［5］限制，强雾气后向散射和弱目标回波完全叠加，难以有效分离混叠信号，透雾成像难度大。

激光雷达具有自主收发同步控制的能力，通过距离选通能够有效抑制雾气后向散射，在透雾成像方面优势明显［6］。传统的激光透雾主要采用ICCD距离选通激光成像方法，但受探测器灵敏度和时间分辨能力的限制，难以提取浓雾内目标的回波信号。Gm-APD激光雷达具有较高的探测灵敏度，可实现单个光子探测，在透雾成像上具有独特的优势。当目标回波较弱时，可通过提高出射激光功率来提高目标的回波强度，但与此同时雾的后向散射作用也随之增强［7-8］；也可通过提高探测器灵敏度来提高目标的光子探测率，但噪声会随之增加。因此，要解决Gm-APD激光雷达的雾中成像问题，需要对Gm-APD激光雷达雾天成像时激光传播过程中发生的散射进行研究。

目前，对激光雷达主动成像的研究较少，Gm-APD激光雷达的研究更少。2006年，加拿大Observe Technologies公司利用研制的激光距离选通成像系统，完成了对雾天目标成像实验，能够清楚地对雾后的目标进行成像，提高了成像系统在恶劣天气下的成像能力，展示了激光距离选通透雾成像的优势。……