单光子传感器被动成像的20字中文标题为：被动自由运行SPAD传感器高动态范围成像

6760单光子传感器高通量被动成像Atul Ingle Andreas Velten<$Mohit Gupta<${ingle，velten，mgupta37}@ wisc.edu威斯康星大学麦迪逊分校摘要单光子雪崩二极管（SPAD）是一种新兴技术，具有捕获单个光子的独特能力，具有高定时精度。SPAD被用于几种有源成像系统（例如，荧光寿命显微镜和LiDAR），尽管主要限于低光子通量设置。我们提出了被动自由运行SPAD（PF-SPAD）成像，一种使用SPAD在环境照明下捕获具有前所未有的动态范围的2D强度图像的成像模式，没有任何主动光源。我们的关键观察是，精确的光子间的时间测量的SPAD可以用于估计场景亮度的环境照明条件下，即使是非常明亮的场景。我们建立了PF-SPAD成像的理论模型，并根据PF-SPAD像素探测到的连续光子之间的平均黑暗时间推导出场景亮度估计器我们的主要观点是，由于光子到达的随机性再加上低通量下的高灵敏度，这使得PF-SPAD像素能够测量从非常低到非常高的宽范围场景亮度，从而实现极端的动态范围。我们证明了超过2个数量级的改进传统传感器的成像场景跨越106：1的动态范围。1. 介绍单光子雪崩二极管（SPAD）可以对单个光子进行计数，并以非常高的精度捕获它们的时间到达统计量[7]。由于这种能力，SPAD广泛用于低光场景[25，3，1]，LiDAR [20，29]和非视线成像[6，12，26]。在这些应用中，SPAD与有源光源（例如，脉冲激光器）。在 本 文 中 ， 我 们 提 出 了 被 动 自 由 运 行 SPAD （ PF-SPAD）成像，其中SPAD用于自由运行模式，其目标是捕获场景的2D强度图像†同等贡献。这项研究得到了ONR资助N 00014 -15-1-2652和N 00014 -16-1-2995以及DARPA资助HR 0011 -16-C-0025的部分支持在无源照明下，没有主动控制的光源。尽管SPAD到目前为止仅限于低通量设置，但使用光子到达的定时统计，PF-SPAD成像可以成功捕获比以前认为可能的更高的通量水平。我们建立了一个详细的理论模型，并推导出PF-SPAD成像的场景亮度估计器，与传统的传感器像素不同，它不会受到全阱容量限制[11]，并且可以测量高入射通量。因此，即使在非常强的入射通量下，PF-SPAD在整个曝光时间内对入射光保持敏感。这使得能够对具有从极暗到非常亮的大亮度变化的场景进行成像。想象一下，一辆自动驾驶汽车在阳光明媚的日子里从黑暗的隧道中驶出，或者一个机器人检查由具有强烈镜面反射的金属制成的关键机器部件这些场景需要处理大的照明变化，这通常超出了传统传感器的能力。PF-SPAD成像的有趣特性：与具有线性输入-输出响应（除了过去的饱和）的传统传感器像素不同，PF-SPAD像素具有非线性响应曲线，该曲线具有渐近饱和极限，如图1所示。在每个光子检测事件之后，SPAD进入固定的停滞时间间隔，在该时间间隔中，它不能检测额外的光子。非线性响应是PF-SPAD随着入射通量增加自适应地丢失一部分入射光子的结果（参见图1右上）。理论上，PF-SPAD传感器即使在极高的亮度值下也不会饱和。相反，它达到了一个软饱和极限，超 过 这 个 极 限 ， 它 仍 然 保 持 敏 感 ， 尽 管 信 噪 比（SNR）较低。达到这种软饱和点大大超过了传统传感器的饱和极限，因此，使PF-SPAD能够可靠地测量高通量值。PF-SPAD成像中的各种噪声源也表现出违反直觉的行为。例如，虽然在常规成像中，光子噪声随着入射通量单调增加（作为平方根），但在PF-SPAD成像中，光子噪声首先随着入射通量增加，然后在达到最大值之后减小，直到最终，它变得甚至低于量化噪声。量子化噪声占主导地位，在非常高的通量水平。相比之下，对于常规传感器，量化噪声影响SNR6761图1. 常规与PF-SPAD成像。顶行示出了两种类型的传感器像素在低通量水平和高通量水平下的光子检测时间线。中间行示出了作为固定曝光时间的入射光子通量的函数的传感器响应曲线。在高通量下，当达到满阱容量时，常规传感器像素饱和。PF-SPAD像素具有非线性响应曲线，具有渐近饱和极限，即使在极高的通量水平下也可以工作底行显示了HDR场景的模拟单次捕获图像，两种类型的传感器的固定曝光时间均为5 ms常规传感器的满井容量为33，400。SPAD的死时间为149。7 ns，对应于等于33，400的渐近饱和极限。假设的PF-SPAD阵列可以在单个曝光时间内同时捕获场景的暗区和亮区。PF-SPAD图像仅用于概念说明;百万像素PF-SPAD阵列目前不可用。仅在非常低的通量下;并且当在实际通量水平下操作时，光子噪声支配其它噪声源。使用PF-SPAD的极高动态范围成像：由于其测量高通量水平的能力，结合单光子灵敏度，PF-SPAD可以在一次实验中同时捕获大范围的亮度值，使其非常适合作为高动态范围（HDR）成像传感器。我们通过对PF-SPAD成像的光子探测统计进行建模，为PF-SPAD成像的HDR能力我们建立了一个硬件pro-totype和演示单曝光成像的场景与极端动态范围为106：1，超过2个订单比传统的传感器更高。我们设想，所提出的方法和分析将扩展SPAD作为通用、全光照条件、无源成像传感器的适用性，而不限于涉及低通量条件或主动照明的特殊应用，并在通量水平极端变化的应用中发挥关键作用，包括天文学、显微镜、摄影和计算机视觉系统。范围和限制：本文的目标是提出的概念，自适应时间面元被动磁通传感和相关的理论分析，使用单像素PF-SPAD实现。目前的SPAD技术是6762仍处于初期阶段，不足以成熟到取代传统CCD和CMOS图像传感器。百万像素的PF-SPAD阵列尚未实现.各种技术设计的挑战，必须解决，使高分辨率PF-SPAD阵列超出了本文的范围2. 相关工作使用传统传感器的HDR成像：使用数字CMOS或CCD传感器的HDR成像背后的关键思想类似于组合打印[27]-从场景的较暗部分捕获更多的光以减轻传感器噪声，并从场景的较亮部分捕获较少的光以避免饱和。广泛使用的计算方法称为曝光包围[8，14]，使用不同的曝光时间捕获场景的多个图像，并混合像素值以生成HDR图像。曝光包围算法可以适应PF-SPAD图像形成模型，以进一步增加其动态范围。传统传感器的硬件改进：通过使用固定[24]或自适应[25]，[23]光吸收中性密度滤光片。另一种方法有效的入射光子根据Poisson过程随机变化[16]。如果两个连续光子的到达时间差小于SPAD死时间，则不会检测到后面的光子。自由运行操作模式意味着PF-SPAD像素准备好在从先前光子探测事件开始的停滞时间间隔一过去就捕获下一个可用光子。在这种自由运行的被动捕获模式中，PF-SPAD像素充当时间二进制传感器，其将总曝光时间划分为随机的、非均匀间隔的时间间隔，每个时间间隔至少与死区时间一样长如图1所示，PF-SPAD像素在每个时间间隔内最多检测到一个光子;在死区时间间隔内没有检测到额外的入射光子同一图还示出，随着入射到SPAD上的光子的平均数量增加，检测到的光子的数量的分数减少。PF-SPAD成像模型：假设PF-SPAD像素在固定曝光时间T内暴露于每单位时间Φ光子的恒定光子通量。令NT表示在时间T中检测到的光子的总数， 并 且 {X1 ，X2，. . . ，XNT−1}表示检测间时间间隔v a ls。我们定义了黑暗的平均时间，X<$= 1NT −1X. 直觉上，更大的入射通量[31]涉及使用分束器来中继场景到具有不同曝光设置的多个成像传感器上。相比之下，我们的方法可以提供改进的动态范围，而不必权衡空间分辨率。具有非线性响应的传感器：对数图像传感器[19]在每个像素中使用额外的硬件，NT−1i=1i应该对应于较低的平均黑暗时间，并且反之亦然基于这一直觉，我们推导出作为X的函数的入射流量的以下估计量（推导参见补充注释1）：应用对数非线性以获得动态范围压缩。量子图像传感器（QIS）通过利用精细的联系我们�1qX<$−τdΣ，（1）粒度（亚衍射极限）空间统计，通过空间过采样[33，10，9]。我们采取了不同的方法，将SPAD视为自适应时间二进制传感器，将总曝光时间细分为至少与SPAD的死时间一样长的随机非等间隔时间仓。最近的工作[2]中的实验结果表明，该方法在QIS方法上具有改善动态范围的潜力。在这里，我们提供了一个全面的理论依据，从第一性原理推导出SNR，并显示模拟和实验的成像结果，证明动态范围的改善，promisements超过两个数量级。3. 使用自由运行的SPAD进行被动成像在本节中，我们提出了一个图像形成模型的PF-SPAD，并推导出依赖于光子间探测时间和光子计数的光子通量估计这为自适应光子抑制的概念和PF-SPAD的渐近响应曲线提供了形式上的每个PF-SPAD像素通过在固定曝光时间内检测入射光子来被动地测量来自场景点的光子通量。时间间隔consec-其中Φ1表示估计的光子通量，<是SPAD像素的光子探测概率，τd是死区时间。注意，由于Xi≥τdi，等式（1）中的估计是正的和有限的。在实际实现中，使用快速计数通常更有效使电路仅提供曝光时间间隔中SPAD检测事件的总数的计数，而不是存储各个检测事件的时间戳。在 这 种 情 况 下 ， 黑 暗 的 平 均 时 间 可 以 近 似 为X<$T/NT。仅使用光子计数的fux估计器由下式给出：.（二）PF-SPAD通量估计解释PF-SPAD通量估算：等式（2）中的光子通量估计器是由死时间限制的SPAD像素检测到的光子的数量的函数，并且相比之下，传统上，SPAD以固定间隔触发，例如，在LiDAR应用中与激光脉冲同步，并且SPAD对于每个激光脉冲最多检测一个光子。Φm=NTq（T−NTτd）�系我��6763D在所有入射通量水平下均有效。图像形成程序将该逆非线性映射应用于来自每个PF-SPAD像素的光子计数，以恢复通量值，即使对于场景的明亮部分也是如此估计的通量Φmax和探测到的光子数NT之间的关系是非线性的，并且类似于用于描述某些放射性粒子探测器的众所周知的不可瘫痪探测器模型[22，13]。为了获得对自由运行模式中SPAD像素的非线性行为的进一步了解，对于固定的T，将探测到的光子的平均数量分析为Φ的函数是有益的。利用更新过程理论[13]，我们可以证明：E[NTqΦT]=1+qΦτ.（三）该非线性SPAD响应曲线如图1所示。非线性行为是SPAD在执行时间期间执行自适应光子抑制的能力的结果响应曲线的形状类似于用于显示HDR图像的伽马校正或色调映射曲线。因此，SPAD响应曲线提供动态范围压缩，免费，没有额外的硬件修改。关于方程（3）的关键观察是它具有渐近饱和极限由limΦ→∞E[NT]=T/τd给出。 因此，理论上光子计数永远不会饱和，因为这个渐近图2. 不同噪声源对PF- SPAD光子计数方差的影响。对于PF-SPAD像素，由于量化引起的光子计数的方差在所有通量水平处保持恒定。散粒噪声引起的方差随着入射通量的增加先增大后减小。在软饱和点，量化超过散粒噪声方差。对于常规像素，量化噪声保持小且恒定，直到达到满阱容量，在满阱容量处量化噪声跳到无穷大。散粒噪声方差随入射通量单调增加。（见补充说明2）：极限只能用无限亮的光源来实现。在实践中，正如我们在下面的章节中所讨论的，变量[NTqΦT]=（1+qΦ τ）3 .（四）由于光子计数的固有量化性质，等式（2）中的估计器在高通量水平处遭受软饱和现象，并且限制了SNR。4. PF-SPAD的特殊噪声特性在本节中，我们列出了影响PF-SPAD像素的各种噪声源，推导出它们在总光子计数中引入的偏差和方差的数学表达式，并提供与传统像素相比其令人惊讶的反直观特性的直观性。最后，通量估计性能极限将由这些噪声源的累积效应作为入射光子通量的函数来确定。散粒噪声：对于传统图像传感器，由于光子到达的泊松分布，散粒噪声的方差与入射光子通量成比例[16]，如图2所示。然而，PF-SPAD在死时间期间自适应地拒绝入射光子的一部分。因此，虽然入射光子遵循泊松统计，但光子计数（检测到的光子数）不遵循我们将PF-SPAD的散粒噪声定义为检测到的光子计数数这大约是如图2所示，方差首先作为入射通量的函数增加，达到最大值，然后在非常高的通量水平下减小。通过图1中的PF-SPAD光子探测时间线以及观察死区时间间隔在曝光时间内的分布情况，在低通量下，当Φ1/τd，平均而言，死区时间窗口具有较大的干预时间间隙。所以探测到的光子数-tics的行为近似于具有泊松统计的传统图像传感器：Var [NT]qΦT。这解释了在低通量下方差的单调增加趋势然而，对于大的入射通量Φ 1/τd，连续死区时间窗口之间的黑暗时间变得足够长。PF-SPAD在前一个死区时间间隔到期后不久就检测到光子这导致随机性的降低，其表现为光子计数方差的单调减小。理论上，当Φ→ ∞时，过程变为零方差的确定性：的PF-SPAD在每个死区时间窗口精确检测一个光子量化噪声和饱和度：对于PF-SPAD，由于光子计数总是整数值，因此量化噪声的来源是测量中固有的D6764亚太发展过程作为一阶近似，这可以被建模为在区间[0，1]中均匀分布，其对于所有入射通量水平具有1/12的方差2PF-SPAD散粒噪声单调递减行为的一个令人惊讶的结果是，在足够高的光子通量下，量化噪声超过散粒噪声，成为噪声的主要如图2所示（放大后其中期望运算对SPAD像素中的所有噪声源求使用偏差方差分解，PF-SPAD通量估计器的RMSE可以被分解为来自不同噪声源的通量估计误差的总和：�插图）。我们将这种现象称为软饱和，并在下一节中详细讨论。RMSE（Φ0）=（Φ暗+Bap）2+V拍摄+V量化。（五）相比之下，对于常规成像传感器，在高入射通量水平下，量化噪声通常被忽略。因为先进的CMOS和CCD传感器由散粒噪声引起的估计通量的方差（等式（4））由下式给出：具有足够位深度的模数转换（ADC）然而，这些传感器遭受充分的良好的条件下，V形注射Φ（1+qΦτd）=.（六）Qt超过该限制它们就不能再探测入射光子。如图2所示，我们通过允许由于量化而导致的估计通量的方差为：（1+qΦτd）4当达到满阱容量时，量化方差跳到无穷大。Vquantization=12q2T 2。（七）暗计数和脉冲后噪声：暗计数是由热产生的电子引起的虚假计数，并且可以被建模为具有速率Φdark 的泊松过 程，其与真实光子到达无关。后脉冲噪声是指由于带电载流子仍然被困在SPAD从前面的光子detec- tions造成的杂散计数 在大多数现代SPAD探测器中，暗计数和后脉冲效应通常可以忽略不计。噪声对场景亮度估计的影响：由于传统传感器像素的输出在入射亮度上是线性的，因此估计亮度的方差简单地等于（直到恒定的缩放因子）噪声暗计数偏置Φdark取决于操作温度。最后，后脉冲偏差Bap可以用后脉冲概率pa p表示：B=pqΦ（1+Φτ）e−qΦτd。（八）公式（6图3（a）示出了由各种噪声源引入的通量估计误差作为常规和PF-SPAD像素的入射通量水平的函数。3PF-SPAD通量估计器的性能可以用其SNR来表示，正式定义为比率真实光子通量的均方根误差与估计通量的均方根误差之比方差这不是PF-SPAD像素的情况，因为其非线性响应曲线-由于不同噪声源导致的光子计数的方差必须通过考虑非线性响应曲线转换为亮度估计的方差。[33]：SNR（Φ）= 20log10�ΣΦRMSE（Φ0）.（九）公式（2）中Φm对NT的线性依赖性。 这就引出了一个自然的问题：考虑到影响从PF-SPAD像素获得的光子计数的各种噪声源，估计的场景亮度的可靠性如何？5. PF-SPAD的极端动态范围前一节中描述的PF-SPAD像素中的各种噪声源导致估计的光子流Φm偏离真实值Φ。在本节中，我们推导出PF-SPAD通量估计中由这些不同噪声源引入的偏差和方差的数学表达式。这些误差的累积效应在均方根误差（RMSE）度量中被捕获：�通过将来自等式（5-7）的各种噪声源的表达式代入等式（9），我们得到等式（10）中所示的基于SPAD的通量估计器的SNR的表达式。图3（b）显示了PF-SPAD通量估计和传统传感器的理论SNR与入射通量的函数关系。传统的传感器由于硬饱和而遭受SNR的突然下降（参见补充注释5）。相比之下，SPAD传感器实现的SNR会适度降低，甚至超过软饱和点。软饱和现象：观察SPAD像素的量化噪声的行为特别具有指导意义。尽管在所有通量RMSE（Φ0）=E[（Φ−Φ）2]，3暗计数和后脉冲噪声的影响通常可以忽略不计，在补充注释4中讨论，并在补充注释4中显示。[2]关于精确的理论分析，参见补充注释3。图1.6765图3. PF-SPAD像素的信噪比。（a）PF-SPAD像素遭受量化噪声，这导致通量估计误差作为入射通量的函数而增加在表示为“软饱和”的通量水平相比之下，对于常规传感器，量化和读取噪声保持恒定，而散粒噪声随着入射通量而增加。(b)与传统传感器不同，PF-SPAD传感器不会受到硬饱和极限的影响。软饱和响应在高光子通量下导致SNR的适度下降，从而导致高动态范围。(c)实验SNR图从硬件原型获得，该硬件原型由25 µm PF-SPAD像素组成，149. 7± 6 ns死区时间和5 ms曝光时间。.（十）水平，由于量化的估计通量的方差这是由于方程（2）中估计量的非线性性质。在高入射通量水平下，单个额外探测到的光子映射到大范围的估计通量值，导致估计通量的大误差我们称这种现象为软饱和。超出软饱和通量水平，quantization，灰占主导地位的所有其他噪声源，包括散粒噪声。然而，与传统传感器的硬饱和极限相比，软饱和极限在可考虑的更高通量水平下达到，从而使PF-SPAD能够可靠地估计非常高的通量水平。不同暴露时间的影响：对于常规成像传感器，增加曝光时间会导致传感器像素在入射通量水平的较低值处饱和。这相当于图3（b）中传统传感器这不会影响其动态范围。然而，对于PF-SPAD像素，渐近饱和极限随着曝光时间线性增加这导致随着曝光时间的增加而增加PF-SPAD像素的动态范围的显著行为。参见补充注释6和补充图2。模拟百万像素PF-SPAD成像系统：图1（底行）示出了常规百万像素图像传感器阵列和假设的百万像素PF-SPAD阵列的模拟图像。地面真实光子通量图像从使用CanonEOSRebelT5DSLR照相机捕获的曝光包围HDR图像获得，其中10个光圈被重新缩放以覆盖106：1的动态范围。使用T=5ms的曝光时间来模拟两个图像。 为了公平比较，SPAD死区时间设置为149。7ns，这对应于T/τd= 34000的渐近饱和极限，等于常规传感器满阱容量。 常规传感器和PF-SPAD的量子效率被设定为90%和40%。观察到PF-SPAD可以同时捕获场景的暗区域中的细节（例如，阴影中的文本）和阳光照射的天空中的明亮区域传统的传感器阵列在场景的明亮区域中表现出饱和伪影(See补充说明7）。人眼具有独特的能力来适应从明亮的晴天到单光子水平的各种亮度水平[4，30]。传统的传感器无法同时可靠地捕捉许多自然场景中非常暗和非常亮的区域。相比之下，PF-SPAD可以在单次曝光中同时对场景的暗区和亮区附加的模拟结果在补充图76. 实验结果单像素PF-SPAD的SNR和动态范围：图3（c）示出了使用我们的原型单像素SPAD传感器连同SNRΦΣ�ΦΣ2Σ（）=−10log10黑暗Φ+q（1+Φτ）pDAPe−qΦτd+ （1+qΦτd）（1+qΦτd）4qΦT+ 12q2Φ2T26766信噪比预测我们的理论模型。我们的硬件亲totype有一个额外的6纳秒抖动介绍的数字，金属电子控制死区时间窗口的持续时间。这不包括在图3（b）的SNR曲线中，但在图3（c）中示出的理论SNR曲线中被考虑。详见补充说明8。我们将动态范围定义为可以在指定的最小SNR以上测量的最大光子通量值与最小光子通量值的比率假设最小可接受SNR为30 dB，SPAD像素实现了与传统传感器相比超过2个数量级的动态范围改善图4. 实验单像素PF-SPAD成像系统。 一个自由运行的SPAD安装在两个平移阶段光栅扫描的图像平面。没有主动光源-PF-SPAD被动地测量场景中的环境光。使用在没有同步信号的情况下操作的单光子计数模块（未示出）来捕获光子计数。点扫描设置：图4中所示的成像装置包括安装在一对微平移台（VT-21 L MIX USA）上的SPAD模块，用于光栅扫描可变焦距镜头（Fujifilm DV3.4x3.8SA-1）的图像平面。使用单光子计数模块（PicoQuant Hydra-Harp400）记录光子计数，其中SPAD处于自由运行模式。使用单色机器视觉相机（FLIR GS 3-U3- 23 S6 M-C）与使用SPAD设置获取的图像进行定性比较。机器视觉相机使用相同的可变焦距镜头，具有与SPAD点扫描设置成像的场景相同的视场。这确保了SPAD和机器视觉相机在每个像素的基础上具有可比的有效入射通量。传感器像素参数与模拟中使用的参数相同用机器视觉相机捕获的图像被下采样以匹配光栅扫描的PF-SPAD图像的分辨率。极致HDR：我们的光栅扫描PF-SPAD原型的单次拍摄HDR图像的结果如图所示-图 5 和 补 充 图 10 ， 用 于 跨 越 亮 度 值 的 宽 动 态 范 围（≥106：1）的不同场景。为了可靠地可视化这些场景中的各种亮度，三种不同的色调映射算法被用来对主要人物进行色调映射，插图和明亮的放大插图。机器视觉摄像机无法捕捉到隧道外的明亮文字（图）。5（a））和黑暗的文本在隧道（图。5（b））在单一暴露间隔中。PF-SPAD成功捕获整个动态范围（图5（c））。在图5（f）中，PF-SPAD甚至可以同时捕捉白炽灯的明亮灯丝图5（PF-SPAD通量估算器在单次捕获中捕获从非常低到高的宽范围通量的能力在许多应用中可能具有影响[21，5，32，17]。需要极高的动态范围7. 讨论Quanta图像传感器：基于SPAD的成像传感器的替代实现[18]将总曝光时间T划分为持续时间τb≥τd的均匀间隔。这种在文献中称为过采样二进制图像传感器[33]或量子图像传感器（QIS）[10，9]的Mation模型。在补充注释9中，我们表明，在理论上，与允许死区时间窗口自适应移位的PF-SPAD相比，这种均匀合并实现具有更小的动态范围[2]。然而，请注意，现有技术的QIS技术提供了比当前SPAD阵列高得多的分辨率局限性和未来展望：我们的概念验证成像系统使用SPAD，该SPAD未针对自由运行模式下的操作进行优化。死区时间窗口的持续时间是我们的通量估计中的关键参数，在当前SPAD实现（诸如硅光电倍增器）中是不稳定的，为了实现高分辨率的基于SPAD的无源图像传感器，必须满足各种研究和工程挑战。目前商业上可获得的现有技术SPAD像素阵列由具有行或列多路复用读出能力的数千个像素组成由于需要在每个像素内集成计数和存储电子器件，当前SPAD阵列还具有非常低的填充因子[28，15]。我们的方法和结果为开发高分辨率制造和3D堆叠技术提供了一个案例，该技术将实现高填充因子SPAD阵列，该阵列可用作需要极端动态范围成像的应用的通用无源传感器。6767图5.CMOS相机和PF-SPAD成像动态范围的实验比较。 这两个图像场景亮度值范围宽（1，000，000：1），大大超出了传统传感器的动态范围。（a，d）使用12位CMOS机器视觉相机以5ms的长曝光时间明亮的区域似乎饱和。（b，e）相同场景的图像，短曝光时间为0。5 ms.较暗的区域出现颗粒状和严重曝光不足，使其难以阅读标志上的文字和闹钟上的数字（c，f）使用单个5 ms曝光/像素捕获的相同场景的PF-SPAD图像我们的硬件原型在一次拍摄中捕获场景中的全范围亮度水平。文本在场景的亮区和暗区都是可见的，并且可以恢复高通量区域中的细节，例如灯泡的灯丝。为了公平比较，使用相同的色调映射算法对主图像进行色调映射。6768引用[1] 放大图片创作者：Stephen McLaughlin.放大图片创作者：Alfred O.希罗和丹尼尔·法克西奥。量子计算机成像Science，361（6403），2018. 1[2] Ivan Michel Antolovic Claudio Bruschini 和 EdoardoCharbon。光子计数阵列的动态范围扩展。OpticsExpress，26（17）：22234-22248，2018年8月。 三、七[3] IvanMichelAntolovic ， SamuelBurri ， ClaudioRumchini，Ron A. 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