[发明专利]一种基于超像素滤波的单光子三维图像重建方法及系统

权利要求书

1.一种基于超像素滤波的单光子三维图像重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取原始三维回波数据；

通过单光子成像系统采集原始三维回波数据Y，并获取原始三维回波数据Y的三维尺寸r，c，T，其中r为像素行数，c为像素列数，T为时间相关单光子计数器中对应的栅格数；

步骤2、基于成像物理参数设计超像素滤波核；

步骤2.1、获取相关成像物理参数：噪声估计阈值γ、时间相关单光子计数器中栅格的宽度t_bin、发射激光脉冲的参考波形λ与发射激光脉冲的半高全宽η；并根据三维回波数据Y及其三维尺寸r，c，T与上述成像物理参数估计回波的平均像素光子数Θ与回波的信号噪声比Φ；

根据式(3)估计回波的平均像素光子数Θ：

根据式(4)估计回波的信号噪声比Φ：

其中，根据式(1)求解：

其中Y_i,j,t表示回波中第i，j个像素中t时刻的回波光子数；

为每个栅格的回波噪声水平，根据式(2)估计：

步骤2.2、根据式(5)估计超像素滤波核尺寸δ；

其中，max(.)表示取最大值操作，min(.)表示取最小值操作，表示向上取整操作；

步骤2.3、根据式(6)估计参数σ：

步骤2.4、根据式(7)计算超像素滤波核的响应范围Ω，此处Ω为δ×δ的矩阵；

其中，(i，j)表示第(i，j)个像素，(i,j)∈[1…δ]表示i＝[1…δ]，j＝[1…δ]；

步骤2.5、根据式(8)计算超像素滤波核的响应Γ，此处Γ也是δ×δ的矩阵；

步骤2.6、通过式(9)对式(8)进行归一化：

步骤3、利用超像素滤波核基于超像素滤波原理实现滤波；

步骤3.1、将原始三维回波数据Y在时间轴上切分为T个截面，记每个截面为X_t；

步骤3.2、根据式(10)，完成超像素滤波，获取每个截面更新后的分布Z_t，进而获得超像素滤波后的三维回波数据Z，其中表示卷积操作；

步骤3.3、根据式(15)计算超像素滤波后的三维回波数据Z中各个像素中目标的距离信息D_i,j：

其中，τ_ij指滤波后的三维回波数据Z中各个像素峰值对应的栅格位置；

步骤3.4、根据式(16)计算超像素滤波后的三维回波数据Z中各个像素中目标的反射率信息

Z_i,j为超像素滤波后的三维回波数据Z中的各个像素的回波信号；

步骤3.5、根据超像素滤波后三维回波数据Z的各个像素中目标的距离信息D_i,j与反射率信息获得单光子三维图像

2.根据权利要求1所述的基于超像素滤波的单光子三维图像重建方法，其特征在于，步骤3.5之后还包括步骤3.6：

若超像素滤波核尺寸δ可被2整除，截取单光子三维图像中的区域并采用镜面填充的方式将边界区域补全为r×c的图像R；

若超像素滤波核尺寸δ不可被2整除，则截取单光子三维图像中的区域并采用镜面填充的方式将边界区域补全为r×c的图像R；c为像素列数。