(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211223136.X (22)申请日 2022.10.08 (71)申请人 南京邮电大 学 地址 210003 江苏省南京市 鼓楼区新模范 马路66号 (72)发明人 王琴　陆铮　李剑　刘洋榕　 廖梓栋　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 任志艳 (51)Int.Cl. G01S 17/894(2020.01) G01S 7/481(2006.01) G01S 7/487(2006.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种自适应扫描的三维 成像方法 (57)摘要 本发明属于激光雷达技术领域， 具体公开了 一种自适应扫描的三维成像方法。 本发明采用自 适应扫描的方法解决了大背景情况下激光雷达 采集时间过长的问题， 采用创新的正则化去噪模 型实行三维重建， 得到了较好的深度图。 主要包 括以下步骤： 步骤1、 采用可调光斑大小激光雷达 实现预扫描和光斑先验； 步骤2、 生成空间模糊核 和扫描区域矩阵； 步骤3、 根据扫描矩阵确定 具体 的扫描区域进行单光子数据采集； 步骤4、 构建正 则化去噪最优化函数模型； 步骤5、 将实验数据经 过正则化去噪实现三维重建， 恢复出深度图。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115508860 A 2022.12.23 CN 115508860 A 1.一种自适应扫描的三维成像方法， 其特 征在于， 包括如下步骤: 步骤1， 采用激光雷达进行预扫描， 记录每个像素光子计数以及光子到达时间， 生成预 扫描光子计数三维矩阵； 同时进行 先验光斑 检测， 获取 预扫描期间内的光斑能量分布； 步骤2， 根据预扫描光子计数三维矩阵和预扫描期间内的光斑能量分布形成空间模糊 核h； 步骤3， 通过预扫描光子计数三维矩阵得到通过预扫描光子计数直方图， 获取各个像素 的光子计数， 选取高于光子数阈值的像素作为扫描区域， 将扫描区域记录在扫描矩阵M中； 步骤4， 根据扫描矩阵M定位精细扫描目标像素， 进行单光子数据的收集， 生成三维单光 子计数直方图 步骤5， 构建正则化去噪最优化函数模型， 用于对步骤4中的三维单光子计 数直方图 进 行去噪， 实现三维重建， 恢复出深度图； 所述 正则化去噪最优化 函数与空间模糊核h相关。 2.根据权利要求1所述一种自适应扫描的三维成像方法， 其特征在于， 步骤2中， 根据 预 扫描光子计数三维矩阵和预扫描期间内的光斑能量分布形成空间模糊核h， 具体为： 所述空间模糊核是基于平面卷积核和时间卷积核张量积组成， 其中， 平面卷积核采用 平面核函数矩阵hp表示， 时间卷积核采用时间核函数矩阵ht表示； 空间模糊核表示 为： 对光斑能量分布作归一化操作， 得到平面分布函数hxy， 通过像素点间实际距离带入函 数hxy进行估算得到平面核函数矩阵hp； 对预扫描光子计数三维直方图中光子数最多的像素， 获取该像素位置的光子计数直方 图， 采用分段指数函数对直方图进行拟合， 得到对应拟合函数ht’， 再对拟合函数ht’归一化 得到时间核函数矩阵ht。 3.根据权利要求1所述一种自适应扫描的三维成像方法， 其特征在于， 步骤3 中,扫描矩 阵M是有0和1组成的逻辑矩阵， 当像素(i,j)的预扫描光子数大于光子数阈值时， Mi,j＝1,代 表该像素需要 进行精细扫描， 否则Mi,j＝0， 代表该像素不需要 进行精细扫描； 扫描矩阵M表示 为： M＝Mi,j×Ei,j ＝(counti,j>β×avg)×Ei,j 其中， counti,j为像素(i,j)的预扫描光子计数， avg为预扫描所得的平均光子数， β 为光 子系数， Ei,j为全为1逻辑矩阵， 光子数阈值 为表示为β×avg。 4.根据权利要求1所述一种自适应扫描的三维成像方法， 其特征在于， 步骤5， 构建正则 化去噪最优化 函数模型， 表示 为： 其中 是一个正则化凸惩罚函数， 用于惩罚三维图像重建中的非光滑性, τ为惩罚 系数； 为损失函数， 表示 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115508860 A 2其中， 为初始化场景单光子三维矩阵， 为精细扫描单光子三维矩阵， 为卷积操作， b为背景噪声； 由于单光子 探测原理服从泊松分布， 满足负泊松对数似然。 5.根据权利要求4所述一种自适应扫描的三维成像方法， 其特征在于， 通过使用泊松对 数似然的序列二次近似求 解正则化去噪最优化 函数模型。 6.根据权利要求4所述一种自适应扫描的三维成像方法， 其特征在于， 采取去噪正则化 的方式灵活选择迭代优化算法最小化函数模型， 并确保结果收敛到定义为的全局 最优值； 正则化项为 其中f()为去噪器， 它的惩罚效果与图像的内积及其去噪残差成正比。 7.根据权利要求6所述一种自适应扫描的三维成像方法， 其特征在于， 迭代过程采用二 阶泰勒级数进行近似计算和去噪器方向导数可用性假设进一步改善优化问题； 在第k次迭 代时 可用使用二阶泰勒级数近似计算， 则下一次迭代为 其中αk为标度相似单位矩阵； 该迭代可以使用下列分离 近似得到一系列的子问题， 写为 其中sk为梯度下降总步长， 表示 为 定义 的梯度可表示 为 基于去噪器方向导数可用性的假设， 可用 代替， 梯度表达式可进一步简化 为 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115508860 A 3