数字图像处理技术在激光雷达图像中占有重要的地位，如何有效去除强度像的散斑噪声和距离像的距离反常噪声，直接影响整个激光雷达系统的精度和性能。非局部均值滤波、块匹配三维滤波是近年来新提出的基于非局部滤波的去噪算法，尤其后者处理高斯噪声可以获得非常好的图像复原质量。由于这些算法在图像去噪处理中的良好表现，为提高激光雷达图像复原质量，本论文采用多种基于非局部滤波算法的图像复原技术，对激光雷达强度像和距离像的图像复原展开研究。为合理的评价激光雷达强度像和距离像的图像质量，采用结构相似度、峰值信噪比和散斑指数评价含散斑噪声强度像和复原强度像，采用结构相似度和均方根误差评价距离像，并对评价结果进行分析讨论。根据强度像中散斑噪声的乘性特性，结合同态变换、参数选取等方法，采用多种非局部滤波算法，包括非局部均值滤波及其前人提出的改进算法、基于块的局部最优维纳滤波、块匹配三维滤波算法，分别研究不同载噪比下的仿真强度像、目标各部分载噪比不同的仿真强度像的图像复原，并对滤波结果从图像的灰度分布均匀性、目标边缘清晰程度、图像质量评价指标等方面进行分析和讨论。根据非局部均值滤波保持图像细节比较好的特点，结合中值滤波和背景抑制等方法，提出图像融合去噪算法；根据距离反常噪声为整个距离测量范围内均匀分布的特点，提出能够保持距离真值的非局部概率统计滤波算法。采用提出的算法及非局部均值滤波、块匹配三维滤波等非局部滤波算法，选取适当的滤波参数，对不同载噪比下的仿真距离像进行了图像复原研究，并对滤波结果进行分析和讨论。为增加与实际情况的关联度，建立了各部分载噪比不同的复杂场景模型，对其距离像采用图像融合去噪算法进行复原并对结果进行讨论。为验证仿真研究的正确性，采用以上多种非局部滤波算法对真实激光雷达强度像和距离像进行图像复原研究。