[发明专利]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

摘要

为了解决采用光子计数探测器的三维成像激光雷达在强噪声环境下工作性能下降的技术问题，本发明提供了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，采用滑动时间窗法确定每一个像素上的信号聚类集，并滤除信号聚类集时间窗口以外的噪声计数；若某像素上既没有信号计数也没有噪声计数时，借用邻域像素上的计数信息，用空间累积来代替时间累积过程构造超像素，之后再次采用滑动时间窗口法滤除噪声；最后，利用结合全变分正则项、小波正则项和轮廓波正则项的混合正则化方法对初步滤噪图像进行再次处理，最终得到高质量的三维图像。本发明在强背景噪声情况下，能有效地将信号光子从噪声中分离出来，实现目标三维图像的快速精确重构。

主权项

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。