样条草图：一种高效的光子计数激光雷达方法

光子计数激光雷达因其在远距离上可实现的精细精度，已成为三维深度成像的宝贵工具。然而，高帧率、高分辨率激光雷达设备会产生海量飞行时间（ToF）数据，可能引发严重的数据处理瓶颈，阻碍实时系统部署。本文提出一种高效光子计数方法，利用分段多项式样条的简洁性，形成对 ToF 数据的硬件友好压缩统计量，即所谓样条草图，且不牺牲恢复图像的质量。由于每个分段多项式样条是在时序深度窗口上有限支撑的简单函数，样条草图可在片上高效计算，计算开销极小。我们表明，相较于完整 ToF 数据，仅需每次光子检测极少片上算术计算的分段线性或二次样条草图，能以可忽略的分辨率损失重建真实深度图像，同时实现 $95\%$ 压缩率，并提供多峰检测性能。这与先前提出的粗分箱直方图形成对比，后者因跨深度高度非均匀精度而在明亮反射体相关时可能发生灾难性失效。进一步，通过将距离游走校正构建入所提估计算法中，我们证明了样条草图可对光子堆积效应保持鲁棒。重建与距离游走校正算法的计算复杂度仅随样条草图规模缩放，而与激光雷达设备的光子计数及时间分辨率无关。