A Bayesian Based Deep Unrolling Algorithm for Single-Photon Lidar Systems

计算机科学 可解释性 人工智能 激光雷达 算法 机器学习 深度学习 推论 噪音(视频) 统计推断 贝叶斯推理 统计模型 贝叶斯概率 图像(数学) 数学 遥感 地质学 统计
作者
Jakeoung Koo,Abderrahim Halimi,Stephen McLaughlin
出处
期刊:IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:16 (4): 762-774 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jstsp.2022.3170228
摘要

Deploying 3D single-photon Lidar imaging in real world applications faces multiple challenges including imaging in high noise environments. Several algorithms have been proposed to address these issues based on statistical or learning-based frameworks. Statistical methods provide rich information about the inferred parameters but are limited by the assumed model correlation structures, while deep learning methods show state-of-the-art performance but limited inference guarantees, preventing their extended use in critical applications. This paper unrolls a statistical Bayesian algorithm into a new deep learning architecture for robust image reconstruction from single-photon Lidar data, i.e., the algorithm's iterative steps are converted into neural network layers. The resulting algorithm benefits from the advantages of both statistical and learning based frameworks, providing best estimates with improved network interpretability. Compared to existing learning-based solutions, the proposed architecture requires a reduced number of trainable parameters, is more robust to noise and mismodelling effects, and provides richer information about the estimates including uncertainty measures. Results on synthetic and real data show competitive results regarding the quality of the inference and computational complexity when compared to state-of-the-art algorithms.
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