Scene understanding under low-light conditions is a challenging problem. This is due to the small number of photons captured by the camera and the resulting low signal-to-noise ratio (SNR). Single-photon cameras (SPCs) are an emerging sensing modality that are capable of capturing images with high sensitivity. Despite having minimal read-noise, images captured by SPCs in photon-starved conditions still suffer from strong shot noise, preventing reliable scene inference. We propose photon scale-space a collection of high-SNR images spanning a wide range of photons-per-pixel (PPP) levels (but same scene content) as guides to train inference model on low photon flux images. We develop training techniques that push images with different illumination levels closer to each other in feature representation space. The key idea is that having a spectrum of different brightness levels during training enables effective guidance, and increases robustness to shot noise even in extreme noise cases. Based on the proposed approach, we demonstrate, via simulations and real experiments with a SPAD camera, high-performance on various inference tasks such as image classification and monocular depth estimation under ultra low-light, down to < 1 PPP.


翻译:低光条件下的场景理解是一个挑战性的问题。 这是因为照相机摄取的光子数量少,因此信号到噪音比率低。 单光摄像头是一种新兴的感测模式,能够以高度敏感的方式拍摄图像。 尽管在光子-软质条件下,SPC摄取的图像很少读音,但光子-软质条件下的图像仍然受到强烈射击噪音的影响,防止可靠的场景推断。 我们提议光子-空间收集高SNR图像,其范围包括各种光子-每像素(PPPP)水平(但现场内容相同),作为低光子通量图像培训模型的指南。 我们开发培训技术,在地貌代表空间以不同光度水平将图像推向彼此更近。 关键的想法是,在培训期间有不同亮度的频谱,能够提供有效的指导,甚至在极端噪声案件中也提高射击噪音的强度。 根据提议的方法,我们通过对SPAD相机进行模拟和真实实验,在低光度-光度-光度下对各种任务进行高性表现,例如低光度的图像分类和光度估计。

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