盖革模式APD(Avalanche Photodiodes)阵列激光雷达成像具备灵敏度高、精度高、集成度高等优势,这使得激光雷达领域远距离目标探测成为当前研究热点之一。本文主要针对传统距离像与盖革模式APD阵列激光雷达距离像成像性质上的区别,进行了相应的距离图像重构方法研究,从而达到提高目标还原度和图像质量的目的。首先,本文调研了盖革模式APD阵列激光成像的国内外研究现状,通过对其分析确定了主要研究内容。同时分析了盖革模式APD及其成像激光雷达系统的工作原理和系统噪声模型,并对该系统进行了仿真建模。最后,选择合适的客观评价指标用于评价重构距离像性能。其次,本文测试了传统滤波方法对于重构图像的效果,并分别使用改进序列双边滤波和自适应渐消卡尔曼滤波对原始数据进行处理,根据各方法优缺点提出基于邻域梯度加权运算的分步复原方法,并对于重构距离像中未能被改善的距离反常值以及未响应失落信息,引入了灰度形态学进行区域填充、平滑以及分割处理。评价指标显示改善信噪比值为25.40,均方根误差值的降幅超过30%,结构相似度的增幅超过20%,目标内部大量未响应的像素点被复原,图像质量也得到了很大的提升。最后,为了验证上述算法的重构能力和对系统的适应性,使用固定帧数的强激光真实回波数据进行验证,改善信噪比值为4.13;均方根误差值相比于原始回波数据的降幅约为40%;结构相似度相较于原始回波数据提高了27%,重构距离像质量有了大幅度提升。使用固定帧数的弱激光真实回波数据进行验证,客观评价指标中可以看出改善信噪比达到3.44;均方根误差值相较于原始回波数据降低了28%;结构相似度相较于原始回波数据增幅约为40%,对于距离像中的一部分失落信息可以成功重构,并能够较好的滤除目标和背景处的距离反常值,性能相较原始回波数据得到了大幅提升。