多光谱激光雷达可以直接有效地获取包含光谱信息的激光点云,已成为激光雷达成像技术发展的新趋势。这种新型的多光谱激光雷达所获取的点云具有更丰富的光谱和色彩信息,同时也对点云的数据质量提出了更高的要求,其中点云去噪成为提高数据质量的关键。传统的单色点云去噪算法主要是利用空间信息对噪声进行去除,但是不适用于多光谱激光雷达点云。提出了一种基于颜色聚类的多光谱激光雷达点云去噪算法。首先,根据多光谱激光雷达获取的光谱信息反演出包含颜色信息的点云;其次,利用色差将点云进行聚类,经过聚类后每一簇中噪声点的密度小于真实点;最后,在每一簇中对噪声进行识别和去除。研究结果表明,所提算法能够有效地去除多光谱激光雷达点云中的噪声,对地物识别的精度达到95%以上。

随着激光雷达成像技术的发展,采用超连续谱激光作为光源的多光谱激光雷达系统可同步探测多个光谱通道的回波信号,从而可直接获取具有空间-光谱信息一体化的点云数据。对于多光谱激光雷达点云数据,采用强度校正、色彩重建和色彩优化方法并通过多光谱激光雷达的强度校正模型从原始点云中获取精确的点云强度;通过色彩重建方法来获取彩色点云,并采用多项式回归算法来优化点云的色彩信息。实验结果表明,所提方法可以有效校正距离和角度效应对强度的影响,可以获取近似真实场景的彩色点云;经过色彩的优化处理,进一步提高彩色点云的质量,使其与真实场景之间的色差降低到人眼可接受的误差范围(色差小于10)。

多光谱全波形激光雷达可同时获取隐含光谱信息在内的全波形综合信息，波形分解是影响多种回波参数反演精度的关键技术。提出了一种适用于多光谱激光雷达数据的波形分解方法，对各个通道灵活选择拟合子函数，充分利用多个通道之间的空间相关性，实现对目标的空间位置和光谱信息的精确提取；建立了光谱空间和RGB色彩空间之间的映射关系，实现目标的三维色彩重建。实验测试结果表明：该方法有效克服了环境光干扰，可实现全天时的目标三维色彩重建。通过与现有方法比较，误差标准差和决定系数R2这两个误差评估指数均验证了所提出的方法具有更高的测距精度和色彩信息反演精度。另外，实验结果验证了实验测试结果表明：该方法可实现全天时的目标三维色彩重建，有效克服了弱回波信号丢失、环境光干扰等影响，通过设定最佳脉冲累积数可有效提高兼顾了目标的测距精度和色彩信息反演数据处理精度和扫描效率。未来可通过优化激光探测波段，将该方法拓展到其他激光雷达系统上，进一步提高目标三维色彩重建精度。

提出一种多通道单脉冲激光能量变化的监测方法,用于实时监测脉冲激光的状态。首先采用多合一光纤束,对待测激光进行取样;再经过消色差透镜将光纤合束端面成像到CMOS图像传感器的感光面,通过软件获取光斑图像并提取不同光斑的灰度值,以表征脉冲激光能量;最后根据各待测激光总能量大小对灰度值进行标定,即可实现不同位置处激光能量变化的同时在线监测。利用该方法,对全高程全天时大气探测激光雷达系统中1064,532,589nm激光以及脉冲染料激光器中自发辐射 (ASE) 荧光的单脉冲能量变化进行了长时间同时在线监测,得到了激光雷达运行过程中这4束光单脉冲能量的变化情况,并根据监测结果计算了倍频晶体的倍频效率、脉冲染料激光器的转换效率及ASE比例系数。该研究为需要对多路激光单脉冲能量变化进行同时在线监测的光电系统提供了一种有效的解决方法。

为了加强对水稻生长状况的监测, 指导水稻的田间施肥, 提高施肥利用效率, 以增加农作物产量、 提高粮食品质, 实验室搭建了基于激光诱导荧光技术的荧光探测系统, 以研究水稻叶片的叶绿素含量与荧光峰值比之间的相关性。 文中测量样本为水稻分蘖期和拔节期的倒二叶, 栽培地区位于中国江汉平原。 文中先采用凯氏定氮法和相应公式结合测得水稻叶片的叶绿素含量(mg·g-1), 再用搭建的荧光探测系统采集了水稻叶片不同叶绿素含量的荧光光谱(激发波长为355 nm)。 获得了水稻叶片在不同叶绿素含量下的荧光光谱数据库, 定量分析了荧光峰值比F740/F685(荧光谱峰740 nm、 685 nm处的荧光强度比)与叶绿素含量的相关性, 发现叶绿素含量的变化对荧光光谱特性影响明显。 由实验数据分析可知荧光参数中的峰值比(F740/F685)与叶绿素含量呈现很好的线性正相关, 相关系数(R2)在水稻的分蘖期和拔节期分别达到了0.901 3和0.912 5。 实验分析结果表明诱导荧光光谱技术具有方便、 快捷、 无损等优点, 在农作物生长状况的遥感定量监测等方面也具有一定发展潜力。

多光谱对地观测激光雷达是一种新型植被监测手段，其应用越来越广泛。现有多光谱对地观测激光雷达系统大多采用光栅分光、多通道光敏阵列探测的数据接收模式。单纯地增加接收通道以提高光谱分辨率、增加接收光谱范围会带来数据冗余、系统集成难度大以及成本过高等问题。讨论了如何确定通道数目并通过闪耀光栅以及中心闪耀波长的选取将特征波长调节至合适通道的中心位置；同时，利用基于主成分分析的特征权重波长修正方法，对落在通道外或不在通道中心位置的特征波长进行修正。在不减少植被光谱信息的前提下，此过程可提高信息接收的有效性，还在一定程度上对波长选择理论进行了补充，提高了多光谱对地观测激光雷达系统在实际应用中的适应性。

激光雷达为了探测更高大气层段的回波信息，通常采用大功率激光器发射和大口径望远镜接收来增加回波信号强度，然而会带来低空强散射回波信号光饱和的问题。机械斩波方式从光学上巧妙地完全阻断了低空杂散光，而让高空回波光全部通过，有效提高了激光雷达高空探测能力。对斩波器原理进行理论分析，并组建了一套斩波单元。经测试，测试结果与理论计算符合得很好。将此斩波单元直接运用于高空探测激光雷达之中，实现了对低空强散射光的有效隔离，解决了光电探测器在低空大气层段探测的饱和甚至致盲问题，有利于提高激光雷达的探测高度和精度。

在许多光电系统中,如激光雷达、激光通信、光电探测等,对其 滤光和鉴频的能力提出了越来越高的要求。 采用传统的光学高分辨技术满足这些应用要求,存在高光谱分辨率与系统稳定性、技术复杂性、 甚至成本的矛盾,而采用基于原子跃迁的高分辨光学技术(即原子滤光技术),可以在很大程度上缓解这一矛盾。 在光电系统接收端采用原子滤光技术后,在其发射端也必须采用同种原子的同种跃迁控制激光波长, 从而构成了原子控制的光学信道。介绍了原子控制光学信道的作用、原理、构成,以及几种采用 原子控制信道进行高分辨率滤光和高精度鉴频的光电系统。

针对激光雷达在物性信息探测方面的缺陷，提出了一种新型多光谱激光雷达用于地物探测，兼具三维空间探测能力和物性探测能力。随着探测波长增加，多光谱激光雷达数据采集与处理对整个系统的运行至关重要。根据多光谱激光雷达系统结构原理，基于图形化编程语言LabVIEW，进行数据采集与处理系统单元及整体设计，实现系统功能需求。通过实验运行，数据采集与处理系统的运行良好，同时多通道回波信号的采集也进一步验证了多光谱激光雷达的物性探测能力。