Erwägungen:
1. Das Bundesgericht schrieb die Beschwerde von X._ mit Verfügung vom 16. November 2009 als gegenstandslos geworden ab (1B_303/2009). Der Beschwerdeführer wurde von Rechtsanwalt Benedikt Schneider-Koch vertreten und hatte um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege und Verbeiständung ersucht. Das Bundesgericht erhob keine Kosten (Disp.-Ziff. 2) und verpflichtete den Kanton Luzern, den Beschwerdeführer für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 2'000.-- zu entschädigen (Disp.-Ziff. 3). Es ging davon aus, dass der Antrag auf unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung damit gegenstandslos geworden sei.
Die Gerichtskasse des Kantons Luzern teilte Rechtsanwalt Benedikt Schneider-Koch mit Schreiben vom 18. Januar 2010 mit, dass sie die durch Verfügung des Bundesgerichts vom 16. November 2009 dem Beschwerdeführer zu bezahlende Parteientschädigung mit vier offenen Forderungen des Obergerichts des Kantons Luzern verrechnet habe. Daraufhin wandte sich Rechtsanwalt Benedikt Schneider-Koch am 22. Januar 2010 an das Bundesgericht und ersuchte um nachträgliche Gewährung der unentgeltlichen Verbeiständung.
2. Nach der bundesgerichtlichen Praxis besteht die Möglichkeit, auf Gesuch nachträglich über die unentgeltliche Verbeiständung zu entscheiden und die aus der Bundesgerichtskasse zu entrichtende Entschädigung festzusetzen, sofern sich die Parteientschädigung als uneinbringlich erweist und daher nicht zur Bezahlung des Anwalts verwendet werden kann (Urteil 1F_17/2009 vom 4. November 2009).
3. Der Gesuchsteller hatte bereits im Hauptverfahren ein Gesuch um unentgeltliche Verbeiständung gestellt. Die Voraussetzungen für die unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung gemäss Art. 64 Abs. 1 und 2 BGG lagen schon damals vor. Das Bundesgericht ging allerdings davon aus, dass der Anwalt der unentgeltlich verbeiständeten Partei aus der zugesprochenen Parteientschädigung entschädigt werden würde.
Gemäss Art. 64 Abs. 2 Satz 2 BGG steht dem Anwalt ein Anspruch auf eine angemessene Entschädigung aus der Gerichtskasse zu, soweit der Aufwand für die Vertretung nicht aus der zugesprochenen Parteientschädigung gedeckt werden kann. Dieser Fall tritt nicht nur ein, wenn sich die Parteientschädigung als uneinbringlich erweist, sondern auch, wenn die Gegenpartei die von ihr geschuldete Parteientschädigung mit eigenen Forderungen gegen die unentgeltlich verbeiständete Partei verrechnet. In beiden Fällen hat der Anwalt der bedürftigen Partei kein Honorar erhalten, weshalb sein Anspruch gegenüber der Gerichtskasse bestehen bleibt. Wurde die Entschädigung bereits im Hauptverfahren festgesetzt, kann der Anwalt deren Auszahlung verlangen; ansonsten hat er die Möglichkeit, deren nachträgliche Festsetzung zu verlangen.
4. Nach dem Gesagten ist das Gesuch um unentgeltliche Verbeiständung gutzuheissen und dem Anwalt des Gesuchstellers eine angemessene Entschädigung aus der Bundesgerichtskasse für das Hauptverfahren zuzusprechen. Eine Entschädigung für das nachträgliche Verfahren rechtfertigt sich nicht, da der Gesuchsteller weder ein entsprechendes Gesuch gestellt hat noch ihm ein Aufwand entstanden ist; ausserdem hätte dieses Verfahren vermieden werden können, wenn der Gesuchsteller schon im Hauptverfahren auf die mögliche Verrechnung hingewiesen und die Festsetzung einer Entschädigung für diesen Fall beantragt hätte.
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. In Gutheissung des Gesuchs wird X._ im Verfahren 1B_303/2009 die unentgeltliche Verbeiständung gewährt. Rechtsanwalt Benedikt Schneider-Koch wird als amtlicher Vertreter des Beschwerdeführers in diesem Verfahren bestellt, und es wird ihm aus der Bundesgerichtskasse ein Honorar von Fr. 2'000.-- ausgerichtet.
2. Es werden keine Kosten erhoben.
3. Dieses Urteil wird dem Gesuchsteller sowie der Staatsanwaltschaft und dem Obergericht des Kantons Luzern, II. Kammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 1. Februar 2010
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Féraud Pfäffli