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)。

由于受到角度、距离等因素影响,同种地物反射的激光强度数据存在较大的偏差,需要建立校正模型使强度数据能准确反映地物信息,并快速提取。从激光雷达测距方程出发,设计校正实验,运用多项式模型拟合强度数据校正方程,通过定义其标准值,改正距离和高度影响下的反射强度。采用阈值法和随机森林法进行立木枝叶分离。利用二次多项式对七类材质分别进行校正,校正后各材质强度数据级差均小于0.1,不受距离、高度影响,可以区分主干和叶片;活立木强度数据经过校正可以得到枝叶分离的阈值;随机森林法的最终分类效果较好,两树种叶模型校正分类精度分别为91.5%和84.3%。本研究建立的校正模型方法,对自然漫反射目标物的激光强度数据能够进行较为精确的校正,选用的自然立木验证实验校正成功,为进一步进行立木的枝叶分离提供了可能性。

激光强度值会受到大气环境、激光测距值、目标物特性等因素的影响,同类目标物的激光强度值产生较大的偏差。为了消除扫描距离对地面扫描激光强度的影响,以激光雷达测距方程为基础,设计了同种材料、不同距离与点云反射强度的实验,通过实验得出了激光扫描距离与点云激光强度之间的变化关系和数学模型,并将实验数据修正效果较好的模型(如泰勒插值多项式模型、分段多项式模型、分段高斯函数与多项式混合模型)用于实例点云激光强度的修正,结果显示,泰勒插值多项式模型修正效果最好,可以有效地消除距离因素引起的点云强度偏差,使同类目标的激光强度趋于一致,异类目标的激光强度差异明显。

激光诱导击穿光谱技术以其无需样品预处理、 分析速度快、 能实现多元素同时检测和远程分析等优点已经被广泛应用于诸多领域的物质成分定性或定量分析。 该技术的理论基础是激光诱导等离子体。 对等离子体光谱参数(如光谱谱线强度、 等离子体温度等)的准确测量是利用该技术进行定性或定量分析的前提条件。 实际的实验系统中, 由于仪器本身固有的性能限制, 会造成采集光谱信号的失真, 从而限制等离子体光谱参数的精确测量或计算。 为了克服仪器固有性能的影响, 分析了实验系统所用中阶梯光栅光谱仪和传输光纤的固有性能缺点对光谱信号背景噪声和元素谱线绝对强度的影响, 然后采用剥峰法对光谱信号中存在的锯齿状背景噪声进行扣除, 利用辐射定标光源的标准光谱数据对谱线绝对强度进行校正, 并对比了背景扣除和强度校正对等离子体谱线强度和等离子体温度的影响, 实验表明谱线强度校正对合金钢等离子体380 nm以下的光谱信号具有较大影响, 通过背景扣除和强度校正后, 等离子体温度由13 401.75 K降低至8 980.72 K, 玻尔兹曼平面法求解等离子体温度的拟合决定系数由0.60提高至0.91。 因此在光谱数据处理之前对测量光谱进行背景扣除和强度校正是十分必要的, 为提供可靠地光谱数据进行物质成分定性或定量分析奠定了基础。

受扫描仪到扫描物体的激光测距值、激光入射角、大气衰减等因素的影响，相同目标的激光强度存在较大偏差。从激光雷达测距方程出发，分别对激光强度的距离效应和角度效应进行改正。激光强度与激光入射角的余弦大致呈线性关系，但激光强度的距离效应较为复杂，激光强度总体上不与距离的平方呈反比，因此提出了一种利用分段多项式模型来消除激光强度距离效应的方法。实验表明，提出的改正模型能对点云激光强度进行有效补偿，通过将激光强度分别进行角度改正和距离改正，能够有效消除由距离和入射角引起的强度偏差，使同类物体的激光强度趋于一致。

推扫式遥感相机图像中存在微弱的条带噪声，干扰数据分析精度和后续图像处理。在分析其噪声特性后，提出了一种去除条带噪声的方法。以相对平坦区作为参考图像，获取垂轨边缘信息并进行图像形态学处理，从而获得各像元的校正参数来对图像进行补偿。实验表明，可以将遥感图像峰值信噪比由32 dB提升到48 dB；相较于目前已有的去条带噪声方法，该方法处理的图像畸变较小，变异逆系数及信噪比提升幅度较大，在有效去除条带噪声的同时保留了原图像灰度信息，提高了图像质量。

为了满足许多行业已不仅需要获取物体的三维形貌信息，还需要获取物体颜色信息的现状，建立了三维表面颜色渲染系统，对直接赋色过程中存在的因被测表面几何特性不同而带来的误差问题进行了研究。为了反映被测表面的几何特性变化，将被测表面分解为若干子单元，由此将被测表面几何特性的变化视为各子单元与投影仪以及摄像机之间相对位置的变化。在此基础上建立了上述位置关系的数学模型，分析了各子单元的斜率变化与其入射、反射光强的关系。结合这种关系对颜色的影响，考虑消除入射光、反射光对颜色渲染误差的作用，给出了子单元选取准则，从而提出一种不受入射、反射光强影响的颜色渲染方法。利用结构光三维测量系统得到的三维测量数据，进行了颜色渲染仿真实验和物理实验，结果表明：被测表面各局部位置的入射、反射光强得到了统一的修正，渲染后颜色分量R、G、B的误差均＜0.02(颜色分量R、G、B的取值范围限定在0到1之间)。经过渲染后的被测表面颜色信息与其真实颜色基本吻合，变换测量角度仍能获得良好的视觉效果。