一种基于单光子探测器的非视域成像技术
专利汇可以提供一种基于单光子探测器的非视域成像技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 中提出的一种基于单 光子 探测器的非视域成像技术，其主要内容包括：前向与逆向光传输、非视域成像的边界、利用单光子探测器的非视域成像，其过程为，首先给出光从材料表面反射出去时总的 辐射 通量；接着可见的光材料面板由探测 像素 直接成像；然后将成像模型按照字母表排序方式矢量化，表示出间接光照成分，并使用 迭代 最小二乘法求解；最后用单光子 雪 崩 二极管 探测器记录光子的行为，使用确定的 时间窗 记录入射光子流的时间，用泊松分布表示探测一定数量的光子行为的概率，把问题描述为最大似然估计问题并求解。本发明基于单光子探测器，提出了一种非视域成像的非线性模型以及一种双凸的求解方法，其具有 算法 性能更优、系统更加鲁棒的优点。，下面是一种基于单光子探测器的非视域成像技术专利的具体信息内容。
1.一种基于单光子探测器的非视域成像技术，其特征在于，主要包括前向与逆向光传输(一)；非视域成像的边界(二)；利用单光子探测器的非视域成像(三)。
2.基于权利要求书1所述的前向与逆行光传输(一)，其特征在于，主要包括有障碍物的非视域光传输、时间分辨的非视域光传输、逆向非视域光传输。
3.基于权利要求书2所述的有障碍物的非视域光传输，其特征在于，假设所有的表面都可以用朗伯特双向反射分布函数来描述，每一块光材料面板i由位置xi、表面法向ni和散射反射率ρi三个参量表示；光材料面板i的辐射度bi给出了光从材料表面反射出去时总的辐射通量，即：
其中ei表示发射能量，Fij表示两个分片的表面光材料面板之间的几何结构因子，其形式为：
其中vij是光材料面板之间的二值可视性函数；
非视域成像是为了恢复那些无法直接被摄像机获取的光材料面板的反射率；非视域重构利用间接辐射的物体来推测隐蔽的光材料面板的光学性质；展开公式(1)可以得到：
其中发射光ek是光材料面板k的辐射度。
4.基于权利要求书2所述的时间分辨的非视域光传输，其特征在于，把运动的光源作为一个脉冲激光器，并用一个传感器进行超快速测量；时间分辨的辐射度测量值可以由公式(3)推导得到，即：
其中 是一个时变的辐射度，表示可见的光材料面板k在时刻t经过脉冲激光发射到光材料面板l的辐射度；可见的光材料面板可以由一个位于xs的探测像素直接成像，即：
将成像模型按照字母表排序方式矢量化，可以得到：
(l)
其中 是时间分辨的转化过程的直接光照成分，间接光照成分由时空转换矩阵Γ 表示；通过几个不同的可见光材料面板l＝1,2,…,L，可以推导出成像模型为：
其中
5.基于权利要求书4所述的时空转换矩阵，其特征在于，Γ(l)可以分解成为四部分，包括时间采样矩阵T(l)、可见的形状因子矩阵A(l)、隐蔽的形状因子矩阵N(l)和可见性矩阵V(l)：
其中矩阵T(l)包含与传输时间无关的传输参数，其他传输矩阵都与传输时间有关；矩阵A(l)包含与隐蔽的光材料面板无关的几何结构形状因子；矩阵N(l)包含与所有隐蔽光材料面板有关的成分；矩阵V(l)包含累积的可见项，即
6.基于权利要求书2所述的逆向非视域光传输，其特征在于，通过忽略法向和可见项(即 公式(7)将变成线性的；恢复隐蔽光材料面板的辐射度的逆问题可以表达为：
利用公式(7)，可以提出一种非线性模型，如下所示：
其中Λ(n)是法向n的先验函数，用来迫使 及其光滑性；通过松
弛约束条件：V必须是二值的，并且假设先验函数是凸函数，可得上述问题的目标函数是非线性但是三凸函数；
使用迭代最小二乘方法求解上述问题；为此，同时给可见项V、法向n和隐蔽的表面的反射率ρ随机的初始值，然后通过迭代求解问题(10)；在反射率ρ的更新过程中，系统矩阵在每一次迭代过程k中都是固定不变的；可见项V的更新过程仍
然是一个凸优化的过程，这是因为可以构造一个矩阵然后把问题描述成为一个二次规划问题，二次的目标函数关于可见项V的导数为：
在法向n的更新过程中，可以把单一的法向ni表示为：
ni(u,v)＝[cos(u)sin(v),sin(u)cos(v),cos(v)]T (12)
在此过程，通常有‖ni(u,v)‖＝1。
7.基于权利要求书1所述的非视域成像的边界(二)，其特征在于，采用贝叶斯框架来量化重构反射率模型的后验分布函数的协方差，对传感器的噪声使用方差为σ2的高斯模型，其协方差矩阵为Λnoise＝σ2I；从而，后验函数为：
其中Λprior是先验函数的协方差矩阵，它可以建模成拉普拉斯分布，近似为两个高斯分布的和，即：
使用低秩近似的方法来求解Λpost；从由单一激光器获取的测量值恢复一个隐蔽的量，组合由五个不同的激光器获取得测量值，允许置信区间最大化。
8.基于权利要求书1所述的利用单光子探测器的非视域成像(三)，其特征在于，包括单光子雪崩二极管模型、单光子反演成像。
9.基于权利要求书8所述的单光子雪崩二极管模型，其特征在于，单光子雪崩二极管探测器以皮秒级别来记录光子的行为；每记录完成一次光子的行为，单光子雪崩二极管都会复位；这个过程经常需要数百纳秒；一个单光子雪崩二极管进一步由时间抖动误差表征，时间抖动误差使用时间卷积*t来模拟时间戳机理的不确定性；
一个使用确定的时间窗来记录入射光子流的时间的理想光子计数器，会按照下列方式对速度函数进行采样：
λ＝(f*tJ(ρ,V))+d (15)
假设连续激光脉冲之间的光子行为是相互独立的(这在非视域成像的低光子通量情况下常常成立)，在一个直方容器中探测一定数量的光子行为的概率，可以用泊松分布表示：
其中η∈[0,1]是由单光子雪崩二极管的量子效率和崩塌概率组成的光子探测概率。
10.基于权利要求书8所述的单光子反演成像，其特征在于，从模糊和有噪的单光子雪崩二极管直方图中进行非视域图像重构，其是一个非线性的反演问题，需要求解泊松解卷积问题；利用公式(16)，可以把重构问题描述为如下的最大似然估计问题：
其中p(h|·)是测量值h的似然函数，Jf＝f*tJ是单光子雪崩二极管的成像模型，Γ(ρ)是恢复信号的最优先验函数；
不失一般性，将公式(17)当中的非负约束替换成指示函数 并把公式(17)重新写成：
在上述的公式里面，z1、z2和z3是松弛变量。
一种基于单光子探测器的非视域成像技术
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