一种基于点云模型的激光非视域三维成像场景建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于点云模型的激光非视域三维成像场景建模方法。该方法包括以下步骤：首先设定非视域场景空间参数、成像系统参数及成像指标参数，确定指定的扫描点对点云目标的可见区域；其次利用空间体素将可见区域点云分割成若干个微点云，并检测其角点形成微面元，估计各微面元的面积、形心和表面法线，再结合成像系统参数建立信号从激光器发出经过三次漫反射，被探测器接收的能量传输模型，得到回波能量和回波光子分布直方图；最后设置不同的扫描点，重复以上步骤得到多幅回波信号的光子分布直方图。该建模方法首次模拟了信号从激光器发出、经过中介面和具有三维特征的点云目标的三次漫反射、最后被探测和计数的过程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点云模型的激光非视域三维成像场景建模方法
本专利技术涉及光电成像
，特别涉及激光非视域成像领域，具体地说是一种基于时间相关光子计数的激光非视域三维成像场景建模方法。
技术介绍
激光非视域成像技术是一种能够绕过遮挡、对视线以外区域的目标进行成像的新型成像技术，具有很好的应用前景。发展实时、高质量的非视域成像技术可以应用于驾驶辅助，有效预防交通事故，在自动驾驶中有助于危险规避，还可以在灾难救援中用于定位被困人员，未来发展更高精度的非视域成像技术还可能用于古迹发掘以及医学诊疗等领域；在这些应用场景中，成像目标所在的空间(非视域空间)往往被遮挡物遮挡，以致成像目标在观察者可视范围之外，传统的成像方法对此束手无策。激光非视域成像技术通过探测多次反射后的光脉冲回波信号，用反演算法对盲区目标进行成像。与激光雷达三维成像的单次漫反射不同，激光非视域成像从脉冲信号发出到信号采集的过程经历三次漫反射，传输过程更加复杂。此外非视域成像技术中包含的成像系统、中介扫描面、场景空间大小、成像指标等都是多参数对象，使得其信号传输过程难以描述，各器件的参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于点云模型的激光非视域三维成像场景建模方法，其中激光非视域三维成像场景包括激光非视域三维成像系统及非视域场景，其中非视域场景内包括扫描中介面、遮挡物及点云目标，此处的点云目标即为隐藏目标的点云模型，点云目标被置于非视域空间中；/n其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、根据激光非视域三维成像系统预设相关参数，计算激光单脉冲高斯能量概率分布；/n1.1)预设激光脉冲的半高全宽FWHM，TCSPC时间分辨率Δt，单脉冲时长T

【技术特征摘要】
1.一种基于点云模型的激光非视域三维成像场景建模方法，其中激光非视域三维成像场景包括激光非视域三维成像系统及非视域场景，其中非视域场景内包括扫描中介面、遮挡物及点云目标，此处的点云目标即为隐藏目标的点云模型，点云目标被置于非视域空间中；
其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据激光非视域三维成像系统预设相关参数，计算激光单脉冲高斯能量概率分布；
1.1)预设激光脉冲的半高全宽FWHM，TCSPC时间分辨率Δt，单脉冲时长Ts；
1.2)计算激光单脉冲高斯能量分布：

其中
式中，t为时间；TCSPC以皮秒级的时间分辨率对回波信号进行光子计数，将激光单脉冲高斯能量分布表达成序列形式：



式中，j为脉冲激光器单脉冲时间间隔序列，[*]表示对“*”取整加1，即j的序列长度m是单脉冲时长Ts与TCSPC时间分辨率Δt的比值取整加1；对激光单脉冲高斯能量分布进行归一化处理，得到对应的激光单脉冲高斯能量的概率分布序列：



步骤二、设置非视域场景坐标系和初始扫描点；
设置非视域场景坐标系的XOY平面在中介扫描面上，即扫描点的深度坐标Z＝0；Z轴垂直于中介扫描面指向点云目标，与X、Y轴呈右手坐标系；设定初始扫描点为扫描区域的基准点，其坐标为(X1，Y1，0)；
步骤三、确定当前扫描点作为点光源时，点亮点云目标的区域，将该区域定义为可见区域；
步骤四、预设非视域空间参数，用空间体素将可见区域的点云进行分割成微点云，检测角点并将其连接形成微面元，估计微面元参数；
4.1)预设非视域空间长度LX、宽度LY及深度LZ，划分非视域空间的空间体素数目为N×N×N；
4.2)空间体素将非视域空间划分为N3个体素网格，每个体素网格代表一个三维空间中的坐标区间，根据可见区域点云的坐标数据将可见区域的点与体素网格一一匹配，点云目标表面的可见区域即被分割成为若干微点云，每个微点云包含数量不一的点；
4.3)对于每个微点云，计算其包含的所有点的坐标均值，作为微点云的中心，微点云边界由体素网格的各个面围成，其角点是距离体素网格的边最近的点，且该距离小于两相邻点之间的距离，由此检测每个体素网格各边周围是否有对应的角点；完成检测后将角点连接形成微面元并估计微面元的面积和表面法线；
步骤五、根据激光非视域三维成像系统预设相关参数，计算单一微面元的单脉冲回波光子分布；
5.1)预设脉冲激光器位置坐标(X，Y，Z)，平均功率P，波长λ、脉冲重复频率PRF，发射光学系统传输效率η1，接收光学系统传输效率η2，接收孔径面积S孔，单光子探测器填充因子γ，探测器量子效率σ；
5.2)将初始扫描点(X1，Y1，0)作为第一次漫反射的点光源，根据脉冲激光器平均功率P计算出射激光在该扫描点处产生的辐射强度为I1；
5.3)假设该扫描点(X1，Y1，0)对点云目标的可见区域经体素网格划分并检测角点之后形成n个微面元，选取任一微面元i(i＝1，2...n)，根据出射激光在该扫描点处产生的辐射强度I1计算在微面元i的中心处产生的辐射功率E1i；其中n为大于2的正整数；
5.4)将微面元i作为第二次漫反射的小面源，根据朗伯小面源辐射特性计算光学接收系统对应在扫描中介面上的有效接受面积内产生的辐射照度M1i和光学接收系统对应在扫描中介面上有效接受面积的光功率W1i；
5.5)将扫描中介面上光学系统有效接收面作为第三次漫反射的小面源，根据W1i计算光学接收系统的接收物镜内接收的光功率P1i；
5...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏秀琴，王定杰，汪书潮，陈松懋，朱文华，邬京耀，张振扬，徐伟豪，
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