[发明专利]基于光子计数的计算全息雷达三维成像方法和装置

说明书

本申请提出一种基于光子计数的计算全息雷达三维成像方法和装置，包括：根据采集到的回波光子的分布情况统计得到各个单光子探测器单元的时间相关光子计数直方图；选取探测距离计算光子飞行时间；根据计算的光子飞行时间找出每个时间相关光子计数直方图中在光子飞行时间处对应的光子数目；依次计算各个单光子探测器单元探测的目标在全息面上的复振幅分布；将各个单光子探测器单元对应的复振幅分布进行叠加得到探测场景的总复振幅分布；构建参考光；将总复振幅分布和参考光相加得到全息面上总的复振幅；使用全息图再现算法对全息面上总的复振幅进行计算，求出最终的全息图像。本申请深度信息测量精度较高，并且能够对大场景下的目标进行快速探测。

技术领域

本申请涉及计算全息和单光子探测技术领域，尤其涉及一种基于光子计数的计算全息雷达三维成像方法和装置。

背景技术

随着人工智能技术的不断发展，自动驾驶技术逐渐成为人工智能领域的一个重要研究分支，在自动驾驶中，激光雷达是被采用最为广泛的获取周围环境信息的手段。激光雷达在低空探测和隐蔽等方面具有较高的性能，同时能够获得较高的距离、速度和角度分辨率，但是激光雷达受天气影响较大，在暴雨、大雾等恶劣天气下表现很差，而且激光雷达波束很窄，因此在大场景下快速探测目标十分困难，只能搜索小范围内的目标，同时激光雷达造价昂贵，因此在自动驾驶技术中应用激光雷达具有很大的局限性。

计算全息技术是随着全息学、数字计算机和计算技术的发展所出现的一项利用计算机模拟并处理光学过程最终形成全息图的技术。与传统全息成像技术相比，计算全息技术在提高测量精度、改善图像质量和图像存储等方面具有显著的优势。

单光子探测成像技术原理是利用单光子探测器通过光子计数探测目标各个位置的回波光子数目进而得到目标的二维图像，同时根据光子飞行时间计算光子飞行距离得到目标各个位置的深度信息，最终通过算法处理得到目标的三维重建结果。作为一项弱光信号探测技术，单光子探测技术在激光测距、自动驾驶、非视域成像和星际探索等方面有着十分广泛的应用。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于光子计数的计算全息雷达三维成像方法，解决了现有的车载激光雷达受天气影响较大，只能搜索小范围内目标，且造价昂贵的问题，基于光子计数通过计算全息对探测场景进行三维重建，可在无需扫描照射的情况下，灵活选取不同距离不同范围下的场景进行全息三维重建，在保证深度信息测量精度较高的同时，能够对大场景下的目标进行快速探测并提供相较点云视觉感知效果更优的全息三维图像，有效地弥补了现有车载激光雷达的局限性。

本申请的第二个目的在于提出一种基于光子计数的计算全息雷达三维成像装置。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于光子计数的计算全息雷达三维成像方法，包括：采集探测场景的回波光子，根据采集到的回波光子的分布情况进行统计得到各个单光子探测器单元的时间相关光子计数直方图；选取探测距离，计算出光子飞行时间；根据计算的光子飞行时间找出每个时间相关光子计数直方图中在光子飞行时间处对应的光子数目；依次计算各个单光子探测器单元探测的目标在全息面上的复振幅分布；将各个单光子探测器单元对应的复振幅分布进行叠加，得到全息面上探测场景的总复振幅分布；构建参考光；将总复振幅分布和参考光相加得到全息面上总的复振幅；使用全息图再现算法对全息面上总的复振幅进行计算，求出最终的全息图像。

可选地，在本申请的一个实施例中，光子飞行时间的计算公式为：

其中，c为光速，d为探测距离。

可选地，在本申请的一个实施例中，单光子探测器单元探测的目标在全息面上的复振幅分布的计算公式为：

其中，i为第i个单光子探测器单元，为计算得到的光子飞行时间下对应的光子数目，为激光波长，d为探测距离。