激光光束在雾中传输时,受到雾滴较强的吸收与散射作用,导致回波能量降低,信噪比下降,因此针对雾天条件下的成像需求,本文对Gm-APD激光雷达雾天成像三维重构算法进行了研究:结合Gm-APD激光雷达成像特点,改进后向散射模型,提出依托于衰减系数的单量估计算法,在信号层面进行目标提取;结合大气散射模型与激光雷达强度像、距离像特点,在图像层面进行去雾与恢复。首先,调研了国内外去雾算法的研究现状,包括常规的图像去雾算法以及激光雷达在去雾方面的研究,通过分析其存在的问题,确定了本文在信号与图像两个层面分别进行去雾的研究思想。同时介绍了Gm-APD激光雷达工作与触发的基本原理,分析了雾天成像的回波光子组成与光子分布模型,介绍了衰减计算模型以及衡量去雾效果的客观评价指标。然后在信号层面对目标提取与重构进行了研究。重点对Gm-APD激光雷达后向散射模型进行研究,基于光子传播衰减计算,对Gamma后向散射模型重新进行推导,明确各参数的物理意义,在此基础上提出适用于Gm-APD激光雷达的后向散射光子分布模型,并提出单量估计重构算法。基于Mie散射对雾天多光子散射进行了Monte Carlo仿真,对仿真得到的光子传播距离进行统计,采用双量估计法、直接估计法以及本文提出的单量估计法对仿真结果进行处理,结果表明单量估计法对后向散射估计的相关系数最高。然后搭建室内透雾成像平台进行室内Gm-APD激光雷达透雾成像实验,主观上单量估计算法重构的距离像恢复效果最好,客观上单量估计算法相对于双量估计法和峰值法,目标恢复度平均分别提升了32.5%、61%,平均距离误差相对双量估计法和峰值法分别降低了3.82m、4.06m,结构相似性分别提升了0.034、0.039,证明单量估计法在Gm-APD激光雷达雾中成像三维重构方面具有较大优势。最后对Gm-APD激光雷达图像去雾进行研究。在应用单量估计重构算法得到初步的去雾重构距离像与强度像后,对距离像根据其噪声分布特点提出邻域峰值去噪算法,5×5模板滤波处理后,相比于原重构距离像,目标恢复度平均提升了13.4%,目标与场景恢复度平均提升了54%,结构相似性平均提升了0.22;对于强度像去雾,结合大气散射模型,确定各参数在激光雷达成像结果中的对应物理量与数值,求解去雾强度像,结果表明去雾后的强度像相比初始重构强度像,其峰值信噪比提升了4.8d B,结构相似度提升了0.03。