論文の概要: Photon Inhibition for Energy-Efficient Single-Photon Imaging
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.18337v1
- Date: Thu, 26 Sep 2024 23:19:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-06 06:50:51.891388
- Title: Photon Inhibition for Energy-Efficient Single-Photon Imaging
- Title（参考訳）: エネルギー効率の良い単一光子イメージングのための光子抑制
- Authors: Lucas J. Koerner, Shantanu Gupta, Atul Ingle, Mohit Gupta,
- Abstract要約: 単一光子カメラ(SPC)は、困難な画像アプリケーションに最適なセンサーとして登場している。
しかし、SPADの単一光子感度はコストがかかるため、それぞれの光子検出はCMOSカメラよりも多くのエネルギーを消費する。
本稿では,この課題に対処するために,電子フォトトン阻害という計算イメージング手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.816230454712585
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Single-photon cameras (SPCs) are emerging as sensors of choice for various challenging imaging applications. One class of SPCs based on the single-photon avalanche diode (SPAD) detects individual photons using an avalanche process; the raw photon data can then be processed to extract scene information under extremely low light, high dynamic range, and rapid motion. Yet, single-photon sensitivity in SPADs comes at a cost -- each photon detection consumes more energy than that of a CMOS camera. This avalanche power significantly limits sensor resolution and could restrict widespread adoption of SPAD-based SPCs. We propose a computational-imaging approach called \emph{photon inhibition} to address this challenge. Photon inhibition strategically allocates detections in space and time based on downstream inference task goals and resource constraints. We develop lightweight, on-sensor computational inhibition policies that use past photon data to disable SPAD pixels in real-time, to select the most informative future photons. As case studies, we design policies tailored for image reconstruction and edge detection, and demonstrate, both via simulations and real SPC captured data, considerable reduction in photon detections (over 90\% of photons) while maintaining task performance metrics. Our work raises the question of ``which photons should be detected?'', and paves the way for future energy-efficient single-photon imaging.
- Abstract（参考訳）: 単一光子カメラ(SPC)は、様々な課題の画像アプリケーションに最適なセンサーとして登場している。
単一光子アバランシェダイオード(SPAD)に基づくSPCの1つのクラスは、アバランシェプロセスを用いて個々の光子を検出し、得られた生光子データを処理して、極めて低照度、高ダイナミックレンジ、高速な動きでシーン情報を抽出することができる。
しかし、SPADの単一光子感度はコストがかかるため、それぞれの光子検出はCMOSカメラよりも多くのエネルギーを消費する。
この雪崩のパワーはセンサーの解像度を著しく制限し、SPADベースのSPCの普及を広範囲に制限する可能性がある。
本稿では,この課題に対処するために,emph{photon inhibition} という計算イメージング手法を提案する。
光子阻害は、下流の推論タスク目標とリソース制約に基づいて、空間と時間における検出を戦略的に割り当てる。
我々は,過去の光子データを用いてSPADピクセルをリアルタイムに無効にするための軽量でオンセンサーな計算抑制ポリシーを開発し,最も情報に富む未来の光子を選択する。
ケーススタディでは、画像再構成とエッジ検出に適したポリシーを設計し、シミュレーションと実SPCキャプチャデータの両方を通して、タスクパフォーマンス指標を維持しながら、光子検出(90%以上)を大幅に削減することを示した。
我々の研究は「どの光子が検出されるべきなのか?」という疑問を提起し、将来のエネルギー効率の高い単一光子イメージングの道を開く。
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