(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 20221090185 5.6 (22)申请日 2022.07.28 (71)申请人 清华大学深圳国际研究生院 地址 518055 广东省深圳市南 山区西丽 街 道深圳大 学城清华校区A栋二楼 (72)发明人 程雪岷　肖宏源　郝群　 (74)专利代理 机构 深圳新创友知识产权代理有 限公司 4 4223 专利代理师 江耀锋 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种三维单像素成像的光子 计数模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种三维单像素成像的光子 计数模拟方法， 包括以下步骤： 采用 指定的编码 模式图， 在仿真环境中分别完成对应的模拟计 算， 从光子角度， 以光子为基本仿真单元， 基于蒙 特卡洛原理进行三维单像素成像光子计数模拟， 其中建立仿真模块 以实现模拟三维单像素成像 中各个阶段的光子状态值。 解决了单像素成像在 应用于三维目标物时， 光电探测器测量数据中引 入了因三维形貌所导致的额外数据分量， 在像素 层面的单像素成像仿真算法中， 难以完成对这类 问题的模拟计算问题。 权利要求书2页 说明书9页 附图5页 CN 115270466 A 2022.11.01 CN 115270466 A 1.一种三维单像素成像的光子计数模拟方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 采用指定的编码模式图， 在仿真环境中分别完成对应的模拟计算： 从光子角度， 以光子为基本仿真单元， 基于蒙特卡洛原理进行三维单像素成像光子计 数模拟， 建立仿真模块以实现模拟三维单像素成像中各个阶段的光子状态。 2.如权利要求1所述的三维单像素成像的光子计数模拟方法， 其特征在于， 所述仿真模 块的输入为∶成像环境定义和目标物定义， 其中成像环境定义包括成像距离、 投影夹角、 仪 器三维坐标、 噪声参数、 传播介质的衰减系 数、 编码模式图； 目标物定义包括目标物表面反 射系数， 3D形貌参数。 3.如权利要求1所述的三维单像素成像的光子计数模拟方法， 其特征在于， 所述仿真模 块的输出为单像素探测器的光电信号序列值。 4.如权利要求1所述的三维单像素成像的光子计数模拟方法， 其特征在于， 所述仿真模 块的算法包括以下步骤∶ S1： 输入载入和参数初始化设置； S2： 遍历每一帧编码模式图。 5.如权利要求4所述的三维单像素成像的光子计数模拟方法， 其特征在于， 步骤S2包括 以下步骤： S2‑1:光子激发和编码模式图加载∶ 生成数量 服从泊松分布的光子群； S2‑2:空间光调制器编码光子分布 ∶判断光子是否通过微镜阵列顺利反射； S2‑3:光子飞行计算∶ 通过迭代算法计算存活光子在目标物 表面的落 点位置； S2‑4:光子计数∶ 根据落 点处的反射 率和探测器接收位置来计算 光子是否被接收。 6.如权利要求5所述的三维单像素成像的光子计数模拟方法， 其特征在于， 步骤S2 ‑3 中， 所述光子飞行计算包括如下步骤： S2‑3‑1:光子经过投影镜头时， 使用对应设置的透镜PSF函数来对其传播轨迹进行模 拟； S2‑3‑2:在光子传播介质中， 假设其对光子的单程透过系数为σ， 代表光子顺利通过传 播介质的概率大小为σ,赋予光子在整个传播过程中的三维坐标属性参数(xi,yi,zi)， 根据 光子在投影端出射时的三维坐标(xi0,yi0,zi0)和飞行方向矢量(tx,ty,tz)， 再使用迭代算法 计算出其在目标物 表面的飞行落 点(xi‑end,yi‑end,zi‑end)。 7.如权利要求6所述的三维单像素成像的光子计数模拟方法， 其特征在于， 所述迭代算 法为牛顿迭代算法。 8.如权利要求6所述的三维单像素成像的光子计数模拟方法， 其特征在于， 定义在目标 物表面的飞行落 点处的表面反射系数为R(xi‑end,yi‑end,zi‑end)， 则R＝ra+ksrs+kdrd·cosθ 其中， ra为环境误差项， ksrs为漫反射项， kdrd为镜面反射项， θ为出射方向与法向的夹 角， x_i_end,y_i_end,z_i_end表示 落点坐标。 9.如权利要求6所述的三维单像素成像的光子计数模拟方法， 其特征在于， 该技术还可 与深度学习结合， 提升三维成像的精度。 10.一种三维单像素成像的光子计数模拟装置， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该计算机程序被处理器执行时能实现权利要求 1‑9任一项所述的三维单像素成像的光子计权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270466 A 2数模拟方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270466 A 3