随着数字城市、数字地球、智慧城市等概念的提出与实践,人们对三维测绘的需求显著提升。条纹阵列激光雷达运用阵列激光对目标进行扫描,具有数据率高、数据精度高、扫描动态范围大等优点。但是目前针对条纹阵列激光雷达的研究依旧有限,缺乏条纹图去弥散以及条纹图多回波目标提取等方面相关研究。另外,相较于单光子阵列激光雷达和盖革APD阵列激光雷达,条纹阵列激光雷达无法实现单光子探测,从而限制了系统的探测距离、数据率以及测绘效率。因此,本文针对条纹图去弥散、条纹图多回波目标提取、条纹阵列激光雷达的单光子探测及伴随的噪声问题展开研究。条纹阵列激光雷达条纹图中存在弥散,该弥散会降低系统的空间分辨率,并干扰多回波目标的提取,因此需要进行去弥散处理。虽然没有针对条纹图的去弥散研究,但是被动图像去弥散的研究和方法有很多。因此本文借鉴被动图像去弥散方法对条纹图去弥散展开研究。首先根据条纹阵列激光雷达特点,测量接收系统的点扩散函数。然后,选取维纳反卷积滤波法和Richardson-lucy迭代法对条纹图进行去弥散处理。结果表明,运用维纳反卷积滤波法和Richardson-lucy迭代法后空间分辨率分别为0.9mrad和1mrad,相较去弥散前的1.8mrad分别提升了一倍和80%。最后,探讨了两种算法中的参数对去弥散效果的影响。目前条纹图信息提取的研究主要针对单回波情形,缺乏对多回波情形的研究。本文借鉴传统全波形采样激光雷达中的波形分解法,对条纹图多回波目标提取展开研究。首先,总结出全波形采样激光雷达的全波形数据提取方法的三步骤:数据预处理、高斯分量数目和参数估计以及非线性拟合参数优化。接着,提出了直接高斯分解法和小波变换高斯分解法,并运用两种方法对单平面、双平面、小目标以及透明目标等四种情形下的回波进行目标提取。通过实验发现,高斯分解的思路同样适用于条纹图多回波目标的提取,并且得到直接高斯和小波变换高斯分解法的分辨极限均约为0.2m。之后,探讨了两种算法中存在的各参数对目标提取效果的影响。最后,对阶跃目标的条纹图运用Richardson-lucy迭代法进行去弥散处理,结果表明Richardson-lucy迭代法能够有效消除阶跃目标条纹图中不希望存在的多回波。为了实现条纹阵列激光雷达的单光子探测,本文运用了增益更高的微通道板和条纹管,并且减小了接收系统的弥散,即减小了单个光子光斑大小。通过这些手段,本实验装置探测到了最小不可分割的回波,即单个光子,证明了接收系统具有单光子探测能力。利用二维质心算法,可以有效消除单个光子光斑的电子弥散。对相同目标的众多单光子条纹图进行累积后,可以得到计数图,从而复原回波信号。利用计数图中的计数值,计算得到单光子模式下的空间分辨率为0.9mrad,相较线性模式的1.1mrad提升了22%。单光子条纹阵列激光雷达点云中存在大量噪声,这些噪声的来源有探测器暗计数、背景光噪声以及光学弥散噪声等。为了消除这些噪声,本文借鉴单光子阵列激光雷达空间滤噪法的思路提出了空间延伸滤噪法。为了能更好地评价滤噪效果,本文提出了一个考虑信号缺失数、残留噪声数以及残留噪声离信号的最小平均距离的评价参数。之后,先利用模拟点云对滤噪效果进行定量评价,并找到各方法的最佳工作参数,再对之前得到的单光子条纹阵列激光雷达点云数据进行滤噪处理,从而进行定性评价。结果显示空间延伸滤噪法相对于空间滤噪法在保留信号细节地同时,误警率降低了23%。