基于光子计数的三维图像信噪分离和混合正则化重构方法技术
【技术实现步骤摘要】
基于光子计数的三维图像信噪分离和混合正则化重构方法
本专利技术涉及一种基于光子计数的三维图像信噪分离和混合正则化重构方法，适用于光子计数三维成像激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达是一种能够精确、快速获取目标三维空间信息的主动式雷达探测系统，基本原理是采用激光器发射高重复频率的激光脉冲至待测目标，经过待测目标反射后，对返回的回波光信号经过光电转换、飞行时间测量得到目标反射率信息和距离信息，在国防和民用等领域都具有广泛应用。传统三维成像激光雷达所采用的探测器，一般是工作于线性模式的雪崩光电二极管光电探测器，但线性模式下工作的雪崩光电二极管不能最有效地利用待测目标返回的回波光信号的能量，从而限制了激光雷达的工作距离。近年来，基于光子计数探测器的激光雷达受到广泛关注，采用光子计数探测器的三维成像激光雷达可以响应单光子能量水平的目标回波，从而充分利用激光回波中的光子能量，极大地提高探测灵敏度，使得系统激光能量需求更低、探测距离更远。然而，采用光子计数体制后，在提高探测灵敏度的同时，也带来了源于光子粒子性的量子噪声，以及探测器暗计数和背景光的噪声影响。特别是在实际低信杂比(信...
【技术保护点】
基于光子计数的三维图像信噪分离和混合正则化重构方法，其特征在于，包括以下步骤：1)逐像素从原始数据中提取数据；2)判断当前待处理的像素是否为空白像素，若是，执行步骤5)；若否，执行步骤3)；3)单像素信号噪声分离：3.1)设定时间窗宽度Tw和信号聚类集最小尺寸Nc，定义聚类集V{Tw，Nc}；3.2)采用滑动时间窗法自适应地确定当前像素上的所有聚类集；3.3)在步骤3.2)中得到的聚类集中选取尺寸最大的聚类集作为信号聚类集；3.4)判断信号聚类集尺寸
【技术特征摘要】
1.基于光子计数的三维图像信噪分离和混合正则化重构方法，其特征在于，包括以下步骤：1)逐像素从原始数据中提取数据；2)判断当前待处理的像素是否为空白像素，若是，执行步骤5)；若否，执行步骤3)；3)单像素信号噪声分离：3.1)设定时间窗宽度Tw和信号聚类集最小尺寸Nc，定义聚类集V{Tw，Nc}；3.2)采用滑动时间窗法自适应地确定当前像素上的所有聚类集；3.3)在步骤3.2)中得到的聚类集中选取尺寸最大的聚类集作为信号聚类集；3.4)判断信号聚类集尺寸是否大于Nc，若是，执行步骤3.5)；若否，则置当前像素为空集，待后续采用正则化算法进行重构；3.5)保留信号聚类集内的信号光子，滤除信号聚类集外的噪声光子，完成单像素信号噪声分离；3.6)计算初步滤除噪声后的飞行时间估计值：从而计算得到初步滤噪后的距离估计值：其中，ti，j∈Vi,j表示信号聚类集Vi，j中所有回波光子的飞行时间，c为光速常数；4)判断是否所有像素处理完毕，若是，执行步骤7)；若否，转移至下一像素点，执行步骤2)；5)借用所述空白像素的邻域像素上的光子计数信息，用空间累积来代替时间累积过程，构造超像素；6)采用步骤3)的方法对所述超像素进行信号噪声分离；7)混合正则化三维图像重构：结合全变分正则项、小波正则项和轮廓波正则项的混合正则化方法，对滤噪后的图像进行再次处理，得到高质量的三维图像；其中，全变分正则项用于刻画目标的梯度特征；小波正则项主要用于刻画目标的细节特征；轮廓波正则项主要用于刻画目标的轮廓特征。2.根据权利要求1所述的基于光子计数的三维图像信噪分离和混合正则化重构方法，其特征在于，步骤3.1)中：时间窗宽度Tw大于激光脉冲宽度Tp且远小于探测周期宽度Tr；依据噪声水平，按照如下公式选定聚类集最小尺寸Nc值：其中，k为时间窗Tw内Nc到Nr之间的光子计数数目，τFA为错误容限阈值，Nr为每个像素上总探测脉冲个数，即总探测次数，Pn为探测到噪声光子的概率：nr为单位时间间隔的噪声计数速率，τFA＜0.1。3.根据权利要求1所述的基于光子计数的三维图像信噪分离和混合正则化重构方法，其特征在于，所述步骤3.2)具体为：以每个时刻上的回波光子为起点，以时间窗宽度Tw为边界范围，寻找聚类集Dl：其中，l∈{1,...,ki,j}，k为该集合内回波光子的索引。4.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：康岩，张同意，赵卫，李东坚，李力飞，耿易星，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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