I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b er   20 25 ,   p p .   5 9 3 4 ~ 5 9 4 1   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 6 . pp 5 9 3 4 - 5 9 4 1           5934       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Co mputa tiona lly   eff icie nt  pix el wise  deep  l ea rning  ar chitec ture  for a ccurate  dept h recons tr uction  f o r sing le - pho ton  LiDAR       Yu Zh a ng ,   Yim ing   Z he ng   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   V i t e r b i   S c h o o l   o f   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t y   o f   S o u t h e r n   C a l i f o r n i a ,   Lo s An g e l e s ,   U n i t e d   S t a t e s       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 2 7 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Au g   6 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Sep   1 6 ,   2 0 2 5       Th is  wo rk   in tr o d u c e a   c o m p a c d e e p   lea rn in g   a rc h it e c tu re   fo d e p th   ima g e   re c o n stru c ti o n   fro m   ti m e - re so lv e d   si n g le - p h o to n   h isto g ra m s.  Un l ik e   m o s t   d e e p   lea rn i n g   a p p r o a c h e th a t   m a in ly   re ly   o n   3 c o n v o lu t io n s,  o u n e two r k   is  imp lem e n ted   p u re ly   wi th   1 c o n v o lu ti o n with o u t   a ss istan c e   fro m   o t h e se n so rs  o p re - p r o c e ss in g .   Bo t h   sy n t h e ti c   a n d   re a d a tas e ts  we re   u se d   t o   e v a lu a te  th e   a c c u ra c y   o o u m o d e fo c h a ll e n g in g   sig n a l - to - b a c k g ro u n d   ra ti o (S BRs ),   ra n g i n g   fr o m   5 :1   to   1 : 1 .   Co n v e n ti o n a m a x imu m   li k e li h o o d   (M L)  a n d   a n o th e p h o to n - e fficie n o p ti m iza ti o n - b a se d   a lg o ri th m   we re   a d o p te d   fo p e rf o rm a n c e   c o m p a riso n s.  Re su lt fro m   sy n th e ti c   d a ta sh o th a t   o u m o d e a c h ie v e lo we m e a n   a b so lu te  e rr o (M AE ).   Ad d it i o n a l ly ,   re su lt s   fro m   re a d a ta  in d ica te  th a o u r   m o d e e x h i b it b e tt e re c o n str u c ti o n   fo r     h ig h - a m b ien e ffe c ts  a n d   p r o v i d e b e tt e sp a ti a in fo rm a ti o n .   Un li k e   e x isti n g   3 d e e p   lea rn in g   m o d e ls,  we   p r o c e ss   p ix e l - wise   h isto g ra m c o n ti n u o u sl y ,   ra th e th a n   s p li tt in g   th e   p o in c lo u d   a n d   stit c h i n g   th e m   a fterw a rd ,   wh ic sa v e m e m o ry   a n d   c o m p u tatio n a re so u rc e s,  th e re b y   lay in g   a   fo u n d a ti o n   fo r   re a l - wo rld   e m b e d d e d   a p p li c a ti o n s .   K ey w o r d s :   C o m p u tatio n al  im ag in g   C o m p u tatio n al  in tellig en ce   Dee p   lear n in g   Dep th   r ec o n s tr u ctio n   Sin g le - p h o to n   L iDAR     T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Yu   Z h an g   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Viter b i Sch o o o f   E n g in ee r in g ,   Un iv er s ity   o f   So u th er n   C alif o r n ia   L o s   An g eles,  C 9 0 0 8 9   E m ail: y z3 2 4 @ u s c. ed u       1.   I NT RO D UCT I O N   Sin g le - p h o to n   av alan c h d io d es  ( SP AD s )   h av b ee n   em er g in g   f o r   v a r io u s   ap p licatio n s   t h at  r ely   o n   s in g le - p h o to n   s en s itiv ity ,   s u ch   as  s in g le - p h o to n   lig h d etec tio n   an d   r an g in g   ( L iDAR )   u s i n g   an   o p tim izatio n - b ased   r ec o n s tr u ctio n   m et h o d   [ 1 ] ,   d ee p   lear n in g   m eth o d s   [ 2 ] [ 3 ] ,   an d   b io m ed ical  s ig n al  p r o ce s s in g   f o r   f lu o r escen ce   life tim im ag i n g   ( FLI M)   [ 4 ] ,   an d   n o n - lin e - of - s ig h im ag in g   [ 5 ] [ 6 ]   a n d   cr y p to g r ap h y   [ 7 ] [ 8 ] R esear ch er s   p r o v ed   th at  u s in g   d ata - d r iv en   d ee p   lear n in g   ( DL )   m o d els  ca n   ac cu r ately   r e co n s tr u ct  d e p th   a n d   r ef lectiv ity   im ag es f r o m   th 3 p o in cl o u d   cu b es  t h at  in clu d p h o to n s   tim e - of - f lig h i n f o r m atio n   a n d   s p atial   in f o r m atio n .   Fu r th er ,   th ese  DL   m o d els ar r o b u s t f o r   ex tr e m ely   lo s ig n al - to - b ac k g r o u n d   r atio s   ( SB R s ) ,   ev en   less   th an   o n e.   R ec o n s tr u ctin g   d ep th   in f o r m atio n   is   cr u cial  in   au to n o m o u s   v e h icles  th at  n ee d   f ast  an d   ac c u r ate   r esp o n s e,   e v en   in   l o w - v is ib ilit y   en v ir o n m en ts .   Alth o u g h   d at a - d r iv en   m eth o d s   r e co n s tr u ct   d ep th   i m ag es  b ased   o n   SP AD  ar em er g in g ,   th e r ar s till   ch allen g es  f o r   th DL   m o d els.  First,  m o s DL   m o d els  ar co m p o s ed   o f   3 D,   co n s u m in g   en o r m o u s   co m p u tin g   m em o r y   f o r   th e   c o m p u tin g   p latf o r m .   E v en   f o r   h ig h - p er f o r m an ce   g r ap h ics  p r o ce s s in g   u n its   ( GPUs ) ,   th b ig   p o in clo u d   wi th   b ig   s p atial  r eso l u tio n   s h o u ld   b d iv id ed   in to   s ev er al  b atch es  f o r   p r o ce s s in g   an d   s titch ed   e v en tu ally   to   o b tain   h ig h - r eso lu tio n   d ep t h   im ag e.   Seco n d ,   t h p r ep ar atio n   o f   tr ain in g   d atasets   is   co m p lex ,   lev er ag in g   im a g p r o ce s s in g   t o o ls   [ 9 ]   an d   lar g o p en - s o u r ce   [ 1 0 ] [ 1 1 ]   d ep th   tr ain in g   d atasets ,   also   co n s u m in g   lo n g   tim ( s ev er al  h o u r s ) .   T h is   wo r k   aim s   to   d esig n   a   co m p u tatio n ally   ef f icien t,   p ix el - wis DL   m o d el  with   co m p ac ar ch itectu r e   an d   tr ain in g   p ip elin to   ad d r ess   th ese  two   b o ttlen ec k s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         C o mp u ta tio n a lly  efficien t p ix elw is d ee p   lea r n in g   a r ch itectu r fo r     ( Yu   Zh a n g )   5935   T h co n tr ib u tio n s   o f   t h is   s tu d y   ar s u m m ar ized   as  f o llo ws:   i)   W lev er ag e d   e x is tin g   o p e n - s o u r ce d   d ep th   im ag d atasets   to   g en er ate  p ix el - wis h is to g r am s   u s in g   an   an aly tical  m ath e m atica m o d el  an d   tr ain ed   a   d ee p   n eu r al  n etwo r k ;   ii)  W d esig n ed   co m p ac 1 U - N E T   d ee p   n e u r al  n etwo r k   f o r   ac cu r ate,   en d - to - en d   p ix el - wis d ep th   in   co n d itio n s   o f   lo SB R s an d   iii)  W q u an titativ ely   c o m p ar e d   o u r   m o d el  with   e x is tin g   p h o to n - ef f icien p ix el - wis alg o r ith m s   an d   ac h iev e d   b etter   a cc u r ac y .   T h s tr u ctu r e   o f   th is   s tu d y   i s   as  f o llo ws.  Sectio n   2   r e v ie ws  an d   s u m m a r izes  th e x is tin g   wo r k .   Sectio n   3   illu s tr ates  th m at h em atica m o d el  o f   th s in g le - p h o to n   L iDAR .   Sectio n   4   p r esen ts   th d ee p   lear n in g   a r ch itectu r e,   t r ain in g   s y n th etic  d ata   g en e r atio n ,   an d   tr ai n in g   d etails.  Sectio n   5   q u an titativ ely   ev alu ates  th p e r f o r m an ce   o f   th DL   m o d el  a n d   c o m p ar es  i with   p h o to n - e f f icien p ix el - wis alg o r ith m s   an d   o p tim izatio n - b ased   m eth o d s .   Sectio n   6   co n cl u d es th s tu d y .       2.   P RIOR   WO RK   2 . 1 .   O pti m iza t io n -   a nd   s t a t i s t ic - ba s ed  a lg o rit hm s   Sh in   et  a l.   [ 1 ]   f ir s r ep o r ted   p h o to n - ef f icien o p tim izat io n - b ased   m eth o d   to   r ec o n s t r u ct  d ep th   im ag es  f r o m   h is to g r a m s   with   ex tr em ely   lo SB R   r atio s .   s ig n al  an d   n o is u n m ix in g   o p t im izatio n   alg o r ith m   was  p r o p o s ed   [ 1 2 ]   to   ac cu r ately   s p lit  s ig n als  f r o m   n o is y   h is to g r am s   with   s tr o n g   am b ien t   lig h an d   ac cu r atel y   r ec o n s tr u ct  d e p th   an d   r ef lecti v ity   im ag es.  T h r e v er s ib le  j u m p   Ma r k o v   c h ain   Mo n te  C a r lo   ( R J - MCMC ) .   A   s tatis t ical  alg o r ith m   [ 1 3 ]   was  u s ed   to   p er f o r m   B ay esian   in f e r en ce   f o r   d ep th   a n d   in ten s ity   r ec o n s tr u ctio n   o f   3 s ce n es.  An   im p r o v e d   R J - MC MC e n h an ce d   b y   p o in t c lo u d   d en o is in g   [ 1 4 ]   ap p r o ac h   was p r o p o s ed   to   ac h ie v e   r ea l - tim 3 r ec o n s tr u ctio n   o f   m o v in g   o b jects.  Ko o   et  a l.   [ 1 5 ]   co m b i n ed   s tatis tical  B ay e s ian   alg o r ith m   with   d ee p   lea r n in g   ar ch itectu r e,   tak in g   ad v a n tag o f   b o th   a cc u r ate  in f e r en ce   a n d   m o d el - f r ee   p r o p e r ties   o f   s tatis t ics  an d   d ee p   lear n in g .   co m p u tatio n ally   ef f icien B ay esian   alg o r ith m   was  al s o   p r o p o s ed   [ 1 6 ]   f o r   a   lo w - p h o to n - co u n t m u ltis p ec tr al  L iDAR   ap p licatio n .     2 . 2 .    Dee p lea rning   a lg o rit hm s   Dee p   lear n in g   is   b ec o m in g   p r ev alen in   f ea tu r e x tr ac tio n   in   co m p u ter   v is io n   [ 1 7 ] [ 1 8 ] .   D ee p   n eu r al  n etwo r k s   h av e   b ee n   ex ten s i v ely   lev er a g ed   in   d ep t h   r e co n s tr u ctio n   f o r   SP AD  ar r a y s   eq u ip p e d   with     tim e - co r r elate d   s in g le - p h o to n   co u n tin g   ( T C SP C ) .   s en s o r   f u s io n   [ 1 9 ]   3 d ee p   n e u r al  ar ch itectu r was  f ir s in tr o d u ce d   to   m er g e   h ig h - r eso lu tio n   in ten s ity   a n d   lo w - r eso l u tio n   d e p th   im a g es  to   en h an c th s p atial  f ea tu r e   ex tr ac tio n   d u r in g   th tr ai n in g .   T h ca p tu r ed   r aw   d ata  in   th is   wo r k   was  wid ely   a d o p ted   f o r   s u b s eq u en wo r k   in   th is   f ield   [ 2 0 ] [ 2 1 ] .   An o th e r   f u s io n   ar ch itectu r e   was  r e p o r ted   to   m er g e   m o n o c u lar   d ep th   im ag es  with   3 p o in clo u d   c o n v o lu tio n   m o d u les  to   en h an ce   d ep th   im a g r ec o n s tr u ctio n .   T w o   d if f er e n t   ar ch itectu r es  wer e   in v esti g ated   f o r   n o n - f u s io n   a r ch itectu r es  th at  o n l y   lev er a g th p o in t   clo u d   f r o m   th S PAD  ar r ay   with o u o th er   f ea tu r es  f r o m   o th er   s e n s o r s ,   wh er r esu lts   in d icate d   th at  th n o n - f u s io n   ar ch ite ctu r co u ld   ac h iev e   co m p ar ab le  ac cu r ac y   to   f u s io n - b ased   ar ch itectu r es.  3 co n v o lu ti o n al  ar ch itectu r with   p ix el - wis r esid u al   s h r in k ag [ 3 ]   was  r ep o r ted   to   r ed ef in th o p tim izatio n   tar g et  as  cla s s if icatio n   f o r   ea ch   h is to g r am ,   ac h iev in g   h ig h   r ec o n s tr u ctio n   ac cu r ac y .   Stu d y   [ 2 2 ]   p r ese n ted   an   ed g e - en h a n ce d   ar c h itectu r e,   em b ed d in g   atten tio n   m o d u les  in   th eir   3 co n v o l u tio n al  ar c h itectu r e,   to   im p r o v e   th e d g e   r ec o n s tr u ctio n .   Sp a r s ity   in   th e   p o in clo u d   was  in v esti g ated   [ 2 3 ]   t o   ac ce ler ate  th i n f er en c o f   3 ar ch itectu r e ,   ac h iev in g   r ea l - tim h ig h - r eso lu tio n   d e p th   r ec o n s tr u ctio n .   SP AD  is   also   u s ed   f o r   s en s in g   th r o u g h   f o g   [ 2 4 ] .   E x is tin g   s tatis tical  an d   o p ti m izatio n   m eth o d s   ar e   h ig h - laten cy   an d   u n s u itab le  f o r   em b ed d e d   h ar d war e   in   s in g le - p h o to n   L i DAR  s y s tem s .   Mo r eo v er ,   d esp ite  th f ast  f o r wa r d   p r o p ag at io n   o f   DL   m o d els,  3 ten s o r   p r o ce s s in g   o f   p o in t   clo u d s   r em ain s   co m p u tatio n a lly   in ten s iv o n   h ar d war e.   T h i s   wo r k   b r id g es  th g ap   b etwe en   DL   an d   co m p u ta tio n ally   ef f icien m eth o d s   b y   lev er ag in g   1 h is to g r am   p r o c ess in g ,   r esu ltin g   in   co m p ac t D L   ar c h itectu r an d   s im p lify in g   t h s y n th etic  d at g en er atio n   p r o ce s s .       3.   P RO B L E M   D E F I N I T I O N   T h ac tiv s in g le - p h o t o n   im a g in g   s y s tem s   h av e   b ee n   r e p o r t ed   in   e x is tin g   s tu d ies  [ 1 ] [ 3 ] [ 1 2 ] [ 2 1 ] SP AD  ar r ay s   with   T C SP C - b ased   L iDAR   s y s tem s   ca n   b well  ap p r o x im ated   a n d   m o d elled   u s in g   k n o wn   o p tical  an d   s en s o r   p ar am eter s .   W aim   to   r ec o n s tr u ct  d ep th   in f o r m atio n   f r o m   th h is to g r am   o f   ea ch   p ix el ,   wh ich   is   s u b ject  to   an   in h o m o g en eo u s   Po is s o n   p r o ce s s   [ 2 2 ] .   T h er ef o r e,   th h is to g r am   ca n   b esti m ated   as ( 1 ) .     ( ) = · ( ( ) + ) +   ( 1 )     wh er η     ( 0 ,   1 ) ,   in d icatin g   th q u a n tu m   ef f icien cy   o f   th s en s o r .     an d     ar th b ac k g r o u n d   n o is an d   d ar k - c o u n n o is e ( )   is   th s ig n al  f lu x   r e f lecte d   f r o m   th tar g et,   wh ich   ca n   b m o d elled   as  ( 2 ) ,     ( ) = · ( 2 )     ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 9 3 4 - 5 9 4 1   5936   wh er   is   th atten u atio n   f ac t o r ,     is   th d is tan ce   f r o m   th s en s o r   to   th e   tar g et,   a n d     is   th s p ee d   o f   lig h t.  T h er ef o r e,   th h is to g r am   r e p r e s en ts   th at  th r ef lecte d   p h o to n s   o f     illu m in atio n s   ca n   b m o d elled   as  ( 3 ) ,     ( ) ~   ( ) ( )     ( 3 )     B y   f o llo win g   th eq u atio n   f o r   an aly tically   g en er atin g   s y n th etic  tr ain in g   d atasets ,   we  em p lo y   th d atasets   to   tr ain   a   d ee p   n e u r al  n etwo r k ,   wh ich   is   d is cu s s ed   in   th e   n e x s ec tio n .   T h is   p ix el - wis p r o c ess in g   DL   allev iates   co m p u tatio n al  co m p lex ity   co m p ar ed   with   3 D - b ased   DL   ar ch itectu r e,   s im p lify in g   th f ea tu r ex tr ac tio n   f r o m   co m p lex   3 laten t sp ac to   1 laten t sp ac wh ile  m ain tain in g   ac cu r ac y .       4.   DE E P   L E A RNING   AR CH I T E C T UR E   I n s p ir ed   b y   p r e v io u s   U - NE T - lik 3 ar ch itectu r es  [ 2 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] we  p r o p o s ed   s im ilar   to p o lo g y ,   b u t o n ly   1 co n v o lu tio n   was  u s ed .   B atch es o f   h is to g r am s   wer f ed   in to   th U - NE T   f o r   tr a in in g .   Key   m o d u les   in   th n etwo r k   ( d o wn - s am p lin g ,   co n ca ten atio n ,   co n v o lu ti o n ,   u p - s am p lin g )   ar e   co lo r e d   in   Fig u r 1   an d   in d icate d   in   th b lack   d ash ed   b o x .   B atch   n o r m aliza tio n   m o d u les  wer u s ed   to   im p r o v th tr ain in g   s tab ilit y   an d   co n v er g en ce   s p ee d .   T h g r o u n d   tr u th   d ep th   im ag es  in   th tr ain in g   d atasets   ar f r o m   t h NYUV 2   d atasets   [ 1 3 ] .   tex tu r f ilter in g   [ 1 2 ]   a lg o r ith m   was  u s ed   to   allev iate  th im p er f ec ti o n   o f   d e p th   in f o r m atio n   d u to   th e   Kin ec ca m er a.   His to g r am s   wer g en er ated   u s in g   ( 1 ) ,   ( 2 ) ,   a n d   ( 3 ) .   I n   t h last   lay er ,   th m u lti - ch an n el  f ea tu r e   is   p r o ce s s ed   in to   s in g le - c h a n n el  f ea tu r a n d   p r o ce s s ed   b y   an   ar g m a x   ( · )   t o   f i n d   t h p ea k   in d e x ,   t h er eb y   ca lcu latin g   th d is tan ce .   No tab ly ,   u n lik p r e v io u s   tr ain in g   d atasets   o f   3 ar ch itectu r th at  g en er ate  h u g p o in clo u d s   ( ten s   o f   g ig a b y t es)  f r o m   m u ltip le  s ce n es  in   th d atasets ,   o u r   m o d el  o n ly   g en er ates  h is to g r am s   f r o m   o n s ce n e,   wh er t h tr a in in g   d atasets   ar ju s 1 5 . 1   M B .   Similar ly ,   o u r   tr ain in g   s p ee d   is   ap p r o x i m ately   ten   o f   tim es  f aster   th an   p r ev io u s   3 U - NE T   ar c h itectu r es  [ 2 ] [ 2 0 ] an d   [ 2 1 ] .   W h ile  g en er atin g   h is to g r am s   in   th tr ain in g   d atasets ,   we  d ef in ed   o p tical  p ar a m eter s   p r esen te d   in   T ab les 1   t o   5 .           Fig u r 1 .   T h in f e r en ce   p i p elin o f   th e   1 U - NE T   ar c h itectu r f o r   p ix el - wis d ep t h   im ag e       T ab le  1 .   Pre - d ef in ed   p ar am ete r s   to   g en er ate  s y n th etic  h is to g r am s   P a r a me t e r   V a l u e   N u mb e r   o f   t i me  b i n s   1 0 2 4   Te mp o r a l   r e s o l u t i o n   1 9 . 5 3   p s   S p a t i a l   r e s o l u t i o n   64 × 64   S B R s   [ 0 . 0 1 ,   5 ]   La ser FW H M   1 1 7 . 1 8   p s   La ser FW H M   p e a k   i n d e x   5   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         C o mp u ta tio n a lly  efficien t p ix elw is d ee p   lea r n in g   a r ch itectu r fo r     ( Yu   Zh a n g )   5937   T ab le  2 .   Do wn s am p le   th d eta ils   o f   th d ee p   n eu r al  n etwo r k   D o w n   s a m p l e   La y e r   n a m e   O u t p u t   s h a p e   A c t i v a t i o n   f u n c t i o n   C o n v - d o w n   sam p l e ,   K   ( 9 ) ,   S   ( 2 ) ,   P   ( 4 )   +   B a t c h   n o r ma l i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   1 ,   5 1 2 )   R e LU   C o n v - d o w n   sam p l e ,   K   ( 7 ) ,   S   ( 2 ) ,   P   ( 3 )   +   B a t c h   n o r ma l i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   1 ,   2 5 6 )   R e LU   C o n v - d o w n   sam p l e ,   K   ( 5 ) ,   S   ( 2 ) ,   P   ( 2 )   +   B a t c h   n o r ma l i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   1 ,   1 2 8 )   R e LU       T ab le  3 .   C o n v o lu tio n al  la y er s   d etails o f   th d ee p   n eu r al  n etwo r k   C o n v - same   sp a t i a l   d i m e n s i o n   La y e r   n a m e   O u t p u t   s h a p e   A c t i v a t i o n   f u n c t i o n   C o n v ,   K   ( 9 ) ,   S   ( 1 ) ,   P   ( 4 )   +   B a t c h   n o r mal i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   4 ,   1 0 2 4 )   R e LU   C o n v ,   K   ( 9 ) ,   S   ( 1 ) ,   P   ( 4 )   +   B a t c h   n o r mal i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   4 ,   1 0 2 4 )   R e LU   C o n v ,   K   ( 9 ) ,   S   ( 1 ) ,   P   ( 4 )   +   B a t c h   n o r mal i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   6 ,   5 1 2 )   R e LU   C o n v ,   K   ( 9 ) ,   S   ( 1 ) ,   P   ( 4 )   +   B a t c h   n o r mal i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   6 ,   5 1 2 )   R e LU   C o n v ,   K   ( 7 ) ,   S   ( 1 ) ,   P   ( 3 )   +   B a t c h   n o r mal i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   8 ,   2 5 6 )   R e LU   C o n v ,   K   ( 7 ) ,   S   ( 1 ) ,   P   ( 3 )   +   B a t c h   n o r mal i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   8 ,   2 5 6 )   R e LU   C o n v ,   K   ( 5 ) ,   S   ( 1 ) ,   P   ( 2 )   +   B a t c h   n o r mal i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   1 0 ,   1 2 8 )   R e LU   C o n v ,   K   ( 5 ) ,   S   ( 1 ) ,   P   ( 2 )   +   B a t c h   n o r mal i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   1 0 ,   1 2 8 )   R e LU       T ab le  4 .   De - c o n v o lu tio n al  lay er s   d etails o f   th d ee p   n eu r al  n etwo r k   U p   sam p l e   La y e r   n a m e   O u t p u t   s h a p e   A c t i v a t i o n   f u n c t i o n   C o n v Tr a n s.,   K   ( 9 ) ,   S   ( 2 ) ,   P   ( 4 )   +   B a t c h   n o r m a l i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   5 ,   2 5 6 )   R e LU   C o n v Tr a n s ,   K   ( 9 ) ,   S   ( 2 ) ,   P   ( 4 )   +   B a t c h   n o r m a l i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   5 ,   5 1 2 )   R e LU   C o n v Tr a n s,  K   ( 9 ) ,   S   ( 2 ) ,   P   ( 4 )   +   B a t c h   n o r m a l i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   5 ,   1 0 2 4 )   R e LU   C o n v Tr a n s,  K   ( 9 ) ,   S   ( 2 ) ,   P   ( 4 )   +   B a t c h   n o r m a l i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   5 ,   1 0 2 4 )   R e LU       T ab le  5 .   De - c o n v o lu tio n al  lay er s   d etails o f   th d ee p   n eu r al  n etwo r k   R e f i n e   La y e r   n a m e   O u t p u t   s h a p e   A c t i v a t i o n   f u n c t i o n   C o n v ,   K   ( 9 ) ,   S   ( 2 ) ,   P   ( 4 )   +   B a t c h   n o r mal i z a t i o n   ( 2 5 6 ,   1 ,   1 ,   1 0 2 4 )   -       T h d ee p   lear n in g   m o d el  is   im p lem en ted   u s in g   Py T o r ch   an d   r u n s   o n   an   NVI DI R T A1 0 0 0   GPU.   T h lear n in g   r ate  is   s et  to   1 0 - 5 ,   an d   R MSp r o p   is   th o p tim ize r .   Ku llb ac k - L ei b ler   ( KL )   d i v er g en ce   is   em p lo y e d   as  th lo s s   f u n ctio n   to   ev alu at th m o d el' s   p er f o r m a n ce .   A n   ea r ly   s to p p in g   m ec h an is m   is   in co r p o r ated   with   a   p atien ce   o f   2 0   ep o c h s   to   p r ev en o v er f itti n g .   T h d ataset  c o m p r is es  5 0 , 0 0 0   h is to g r am s   f o r   tr ain in g ,   with   a n   ad d itio n al  5 , 0 0 0   f o r   v alid atio n   d u r i n g   tr ain i n g .   Sig n al - to - b ac k g r o u n d   r atio s   ( SB R s )   f o r   th tr ain in g   d atasets   ar s et  to   5 ,   2 . 5 ,   1 ,   0 . 5 ,   0 . 2 ,   0 . 1 ,   0 . 0 5 ,   an d   0 . 0 1 ,   co n s is ten with   o th er   p h o to n - ef f icien ar ch itectu r es  [ 2 ] [ 4 ] [ 2 2 ] .   T h t r ain in g   an d   v alid atio n   lo s s es  ar s h o wn   in   Fig u r 2 .   T h is   s etu p   en s u r es  r o b u s tr ain in g   an d   ev alu atio n   o f   th d ee p   lear n i n g   m o d el,   lev er a g in g   Py T o r c h ' s   ca p ab ilit ie s   an d   h ar n ess in g   th co m p u tatio n al  p o wer   o f   th NVI DI R T A1 0 0 0   GPU  f o r   ef f icien p r o ce s s in g .           Fig u r 2 .   KL   d iv er g e n ce   lo s s   cu r v o f   tr ain in g   an d   v alid atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 9 3 4 - 5 9 4 1   5938   5.   Q UANTI T A T I V E   E VAL U AT I O N   T h i s   s e ct i o n   a s s e s s es   t h e   p r e c i s i o n   o f   d e p t h   r e c o n s t r u c t i o n   a c h i e v e d   b y   o u r   d e e p   l e a r n i n g   a r c h i t e c t u r e I t   j u x t a p o s es   i t   w i t h   c o n v e n t io n a l   m a x i m u m   li k e l i h o o d   ( ML )   m e t h o d s   a n d   S h i n   et   a l .   o p t i m i z a ti o n - b a s e d   a l g o r i t h m .   S y n t h e ti c   d a t as e ts   ar e   m e t i c u l o u s l y   s i m u l a t e d ,   e n s u r i n g   a   c o m p r e h e n s i v e   e v a l u a tio n   f r a m e w o r k .     5 . 1 .     Sy nthet ic  da t a s et s   ev a lua t io n   W u s ed   d ep th   im ag es  in   th e   Mid d leb u r y   d atasets   [ 1 1 ]   as  th g r o u n d   tr u th   ( GT )   d ep t h   im ag an d   g en er ated   s y n th etic  h is to g r am s   u s in g   k n o w n   o p tical  p ar am eter s   f o r   o u r   n etwo r k s   e v alu atio n .   T h d atasets   wer also   lev er ag ed   b y   o t h er   SP AD - b ased   d ep th   im ag r ec o n s tr u ctio n   u s in g   d e ep   lear n in g   [ 2 ] [ 3 ] [ 2 1 ] As  s h o wn   in   Fig u r e   3 ,   o u r   n etwo r k   is   r o b u s f o r   lo SB R s .   W also   co m p ar e d   o u r   n etwo r k   with   ML   an d   Sh in     et  a l.   m eth o d s ,   wh ich   ar e   also   p ix el - wis e .   Sh in   et  a l .   al g o r ith m   also   u s ed   p ix el - av er ag in g   m et h o d   to   en h an ce   th ac c u r ac y   o f   s p ati al  d im en s io n s .   T h co m p ar is o n   ac r o s s   s ev en   d if f e r en SB R s   f r o m   s ev en   s ce n es.  T h r esu lts   ar s h o wn   in   T ab l 6 .           Fig u r 3 .   S y n t h e tic   d at asets .   T h e   p o in cl o u d   is   s im u l ate d   u s i n g   p r e - d ef in e d   o p ti ca l   p a r a m et er s .   D if f e r en SB R s   ar 1 ,   2 . 5 ,   a n d   2 .   M AE s   o f   e ac h   r ec o n s t r u cte d   i m a g e   v er s u s   th GT   i m a g es   a r e   i n d ic a ted   i n   ea c h   i m ag e       T ab le  6 .   Acc u r ac y   co m p ar is o n s   am o n g   th r ee   p ix el - wis r ec o n s tr u ctio n   alg o r ith m s     in   s y n th etic  tr ain in g   d atasets   A l g o r i t h m   S B R   B o o k   Art   B o w l i n g   D o l l   M o e b i u s   R e i n d e e r   ML   5   2 . 5 9   2 . 5 2   2 . 1 3   2 . 5 5   2 . 4 8   2 . 5 6   2 . 5   4 . 7 8   4 . 6 6   4 . 3 2   4 . 7 0   4 . 5 3   4 . 5 7   1   6 . 8 7   6 . 7 9   6 . 3 2   6 . 7 3   6 . 5 4   6 . 6 9   S h i n   e t   a l .   5   2 . 2 5   2 . 1 4   2 . 0 7   2 . 2 1   2 . 1 1   2 . 5 4   2 . 5   4 . 5 3   4 . 4 4   4 . 0 3   4 . 5 8   4 . 4 6   4 . 5 3   1   6 . 4 4   6 . 2 3   6 . 0 2   6 . 5 7   6 . 5 2   6 . 4 5   1 D   U N ET   5   0 . 0 3   0 . 0 3   0 . 0 2   0 . 0 1   0 . 0 2   0 . 1 2   2 . 5   0 . 2 6   0 . 3 4   0 . 2 1   0 . 2 1   0 . 1 8   0 . 4 4   1   1 . 1 2   1 . 0 3   0 . 3 2   1 . 2 3   1 . 2 2   1 . 3 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         C o mp u ta tio n a lly  efficien t p ix elw is d ee p   lea r n in g   a r ch itectu r fo r     ( Yu   Zh a n g )   5939   5 . 2 .     Ca pture da t a s et s   ev a lua t io n   Ap ar f r o m   th ev alu atio n   o f   s y n th etic  d atasets ,   we  a ls o   in v esti g ated   th p er f o r m a n ce   o f   ca p tu r ed   d atasets   [ 2 0 ] W also   co m p a r ed   o u r   d ee p   n eu r al  n etwo r k   with   ML   an d   Sh in   et  a l.   m et h o d .   As  s h o wn   in   Fig u r 4 ,   we  p r esen th r ef l ec tiv ity   im ag es  to   r ef er en ce   s p atial  in f o r m atio n .   T h in te n s ity   im ag es  wer r etr iev ed   f r o m   t h s ca n n ed   p o in clo u d ,   an d   all  h is to g r am s   wer tak en   at  th e   tem p o r al  d i m en s io n .   R eg ar d i n g   ML s   p er f o r m an ce ,   th e   r ec o n s tr u ctio n   d e p th   im ag es  co n tain   n u m er o u s   NaN   v alu es  r e p r esen ted   b y   wh it e   p ix els  in   th e   d e p th   im a g es  d u e   to   th e   lo p h o t o n   c o u n ts .   Ou r   ap p r o ac h   ac h iev e d   a   co m p ar ab le  r ec o n s tr u ctio n   to   Sh in s   m eth o d .   No ta b ly ,   Sh in s   m eth o d   is   s o m etim es su s c ep tib le  to   in ten s e   am b ien t lig h t.  Fo r   ex am p le ,   th e   b u lb   was  n o r ec o n s tr u cted   r o b u s tly   in   th lam p   s ce n e .   An d   o u r   m et h o d   ac h iev ed   b etter   v is u aliza tio n   o f   th e   b u lb .   Als o ,   as  Sh in s   alg o r it h m s   in v o lv s p atial  av er ag in g   p r o ce s s ,   th s p atial  d ep th   m ig h b wo r s if   p ix el - wis d ep th   in f o r m atio n   is   n o t   r ec o v er ed   ac cu r ately .   Fu tu r wo r k   ca n   e m p lo y   m o r ad v a n ce d   n eu r al   n etwo r k s ,   s u ch   as a   g r ap h   n eu r al  n etwo r k   ( GNN)   [ 2 5 ]   f o r   p o in t c lo u d   a n aly s is   [ 2 3 ] .           Fig u r 4 .   R ec o n s tr u cte d   d ep t h   im ag es o f   th ca p tu r ed   p o in clo u d .   T h er ar f iv s ce n es: a n   elep h an d o ll,  h allway ,   lam p ,   a   b all  o n   s tair ca s e,   an d   s tu f f   o n   tab le.   I m ag es o f   r e f lectiv ity ,   in ten s ity ,   an d   r ec o n s tr u ctio n   ar d ep icted       6.   CO NCLU SI O N   T h is   wo r k   p r esen ts   c o m p a ct  an d   ac cu r ate  1 d e p th   im ag r ec o n s tr u ctio n   f r o m   h is t o g r am s   o f   SP AD  ar r ay s   with   lo SR B s .   C o m p ar ed   with   th p r ev io u s   3 d ee p   n eu r al  n etwo r k s   t h at  r eq u ir e   ten s   o f   g ig ab y tes  o f   tr ain in g   d ataset s   o f   p o i n clo u d s ,   o u r   n etwo r k   o n ly   r e q u ir es  1 5 . 1   MB  h is to g r am   tr ai n in g   d ataset.   Ad d itio n ally ,   t h 3 n etwo r k s   co n s u m h o u r s   to   f i n is h   tr ain in g ,   wh er ea s   o u r   1 D   ar ch itectu r o n ly   r eq u ir es  1 2   m i n u tes.  Similar ly ,   f o r   in f e r en ce ,   th h ig h   s p atial  r eso lu tio n   p o in t   clo u d   f o r   3 n etwo r k s   s h o u ld   b d iv id ed   in to   s m all  p o r tio n s ,   f o r   ex am p le,   1 /8   s p atial  r eso lu tio n ,   to   in f er   p ar tial  d ep th   im ag es  in   m u ltip le  b atch es  an d   s titch   th d ep th   i m ag es  af ter war d s .   3 co n v o l u tio n s   co n s u m h u g GPU  m em o r y   an d   ca n n o b e   p r o ce s s ed   in   o n e   b atch .   Ho we v er ,   o u r   1 p i x el - wis ar ch itectu r d o es  n o h av th e   m em o r y   o v er f lo is s u e   d u to   lig h tweig h 1 co n v o lu tio n s ,   m ak in g   it  ea s ier   to   i m p lem en o n   em b ed d e d   h a r d war in   v e h icles  o r   d r o n es  f o r   p r ac tical  ap p licatio n s .   C o m p ar ed   with   co n v en tio n al  m ac h in lear n in g   an d   o th er   p h o to n - ef f icien t   alg o r ith m s ,   o u r   m eth o d s   s h o h ig h er   ac c u r ac y   f o r   s y n th etic  d atasets .   As  f o r   th ev a lu atio n   o f   ca p tu r e d   d atasets ,   o u r   n etwo r k   is   m o r r o b u s ag ain s am b ien lig h t.  T h lim itatio n   o f   th is   wo r k   is   th at  n o   s p atial   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 9 3 4 - 5 9 4 1   5940   in f o r m atio n   is   ex tr ac ted   d u r in g   DL   tr ain in g   d u to   th p ix el - wis p r o ce s s in g   n atu r e.   p o ten tial  ap p r o ac h   to   ad d r ess   th is   co u ld   in v o lv in co r p o r ati n g   lo w - co s t RGB   im ag to   p r o v id 2 s p atial  s tr u ctu r al  d etails d u r in g   tr ain in g ,   co m p en s atin g   f o r   t h e   lack   o f   s p atial  r eso lu tio n .         F UNDING   I NF O R M A T I O   Au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   in v o lv ed .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T     T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Yu   Z h an g                               Yim in g   Z h en g                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   T h au th o r   d ec lar es th at  th e r is   n o   co n f lict o f   in ter est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h d ata  s u p p o r tin g   th is   s tu d y ' s   f in d in g s   ar av ailab le  f r o m   th co r r esp o n d in g   au t h o r ,   YZ ,   u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   D .   S h i n   e t   a l . ,   P h o t o n - e f f i c i e n t   i ma g i n g   w i t h   a   s i n g l e - p h o t o n   c a mera ,   N a t u r e   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   7 ,   n o .   1 ,   J u n .   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / n c o mm s 1 2 0 4 6 .   [ 2 ]   Z.   Z a n g ,   D .   X i a o ,   a n d   D .   D a y - U e i   Li ,   N o n - f u s i o n   t i me - r e s o l v e d   d e p t h   i ma g e   r e c o n st r u c t i o n   u s i n g   a   h i g h l y   e f f i c i e n t   n e u r a l   n e t w o r k   a r c h i t e c t u r e ,   O p t i c s   Ex p res s ,   v o l .   2 9 ,   n o .   1 3 ,   p .   1 9 2 7 8 ,   J u n .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / o e . 4 2 5 9 1 7 .   [ 3 ]   G .   Y a o ,   Y .   C h e n ,   Y .   Li u ,   X .   H u ,   a n d   Y .   P a n ,   R o b u s t   p h o t o n - e f f i c i e n t   i m a g i n g   u s i n g   a   p i x e l - w i s e   r e si d u a l   s h r i n k a g e   n e t w o r k ,   O p t i c Ex p ress ,   v o l .   3 0 ,   n o .   1 1 ,   p .   1 8 8 5 6 ,   M a y   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / o e . 4 5 2 5 9 7 .   [ 4 ]   D .   X i a o ,   Y .   C h e n ,   a n d   D .   D .   U .   L i ,   O n e - d i m e n si o n a l   d e e p   l e a r n i n g   a r c h i t e c t u r e   f o r   f a s t   f l u o r e sc e n c e   l i f e t i me   i ma g i n g ,   I EEE   J o u rn a l   o f   S e l e c t e d   T o p i c i n   Q u a n t u m   El e c t r o n i c s ,   v o l .   2 7 ,   n o .   4 ,   p p .   1 1 0 ,   Ju l .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS TQ E. 2 0 2 1 . 3 0 4 9 3 4 9 .   [ 5 ]   M .   O T o o l e ,   D .   B .   Li n d e l l ,   a n d   G .   W e t z s t e i n ,   C o n f o c a l   n o n - l i n e - of - s i g h t   i ma g i n g   b a s e d   o n   t h e   l i g h t - c o n e   t r a n sf o r m,”   N a t u re v o l .   5 5 5 ,   n o .   7 6 9 6 ,   p p .   3 3 8 3 4 1 ,   M a r .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / n a t u r e 2 5 4 8 9 .   [ 6 ]   X .   S u ,   Y .   H o n g ,   J .   T.   Y e ,   F .   X u ,   a n d   X .   Y u a n ,   M o d e l - g u i d e d   i t e r a t i v e   d i f f u s i o n   sam p l i n g   f o r   N LO S   r e c o n st r u c t i o n ,   I EE E   J o u rn a l   o f   S e l e c t e d   T o p i c i n   Q u a n t u m   El e c t r o n i c s ,   v o l .   3 0 ,   n o .   1 ,   p p .   1 1 1 ,   Ja n .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS TQ E. 2 0 2 4 . 3 3 5 0 9 7 1 .   [ 7 ]   P .   K e s h a v a r z i a n   e t   a l . ,   A   3 . 3 - G b / s   S P A D - b a se d   q u a n t u r a n d o n u m b e r   g e n e r a t o r ,   I EEE   J o u r n a l   o f   S o l i d - S t a t e   C i rc u i t s   v o l .   5 8 ,   n o .   9 ,   p p .   2 6 3 2 2 6 4 7 ,   S e p .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS S C . 2 0 2 3 . 3 2 7 4 6 9 2 .   [ 8 ]   A .   To n t i n i ,   L.   G a sp a r i n i ,   N .   M a ssari ,   a n d   R .   P a sser o n e ,   S P A D - b a se d   q u a n t u r a n d o n u mb e r   g e n e r a t o r   w i t h   a n   n t h - o r d e r   r a n k   a l g o r i t h o n   F P G A ,   I EEE   T ra n s a c t i o n s   o n   C i rc u i t a n d   S y st e m s   I I :   Ex p r e ss  Bri e f s ,   v o l .   6 6 ,   n o .   1 2 ,   p p .   2 0 6 7 2 0 7 1 ,   D e c .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TC S I I . 2 0 1 9 . 2 9 0 9 0 1 3 .   [ 9 ]   J .   J e o n ,   S .   C h o ,   X .   T o n g ,   a n d   S .   L e e ,   I n t r i n s i c   i m a g e   d e c o m p o s i t i o n   u s i n g   s t r u c t u r e - t e x t u r e   s e p a r a t i o n   a n d   s u r f a c e   n o r m a l s ,   i n   L e c t u r e   N o t e s   i n   C o m p u t e r   S c i e n c e   ( i n c l u d i n g   s u b s e r i e s   L e c t u r e   N o t e s   i n   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   L e c t u r e   N o t e s   i n   B i o i n f o r m a t i c s ) v o l .   8 6 9 5   L N C S ,   n o .   P A R T   7 ,   S p r i n g e r   I n t e r n a t i o n a l   P u b l i s h i n g ,   2 0 1 4 ,   p p .   2 1 8 2 3 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 3 1 9 - 1 0 5 8 4 - 0 _ 1 5 .   [ 1 0 ]   N .   S i l b e r m a n ,   D .   H o i e m,  P .   K o h l i ,   a n d   R .   F e r g u s,  I n d o o r   s e g m e n t a t i o n   a n d   su p p o r t   i n f e r e n c e   f r o R G B D   i m a g e s,”   i n   L e c t u r e   N o t e s   i n   C o m p u t e S c i e n c e   ( i n c l u d i n g   s u b ser i e L e c t u r e   N o t e s   i n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   L e c t u re   N o t e i n   Bi o i n f o rm a t i c s)   v o l .   7 5 7 6   LN C S ,   n o .   P A R T   5 ,   S p r i n g e r   B e r l i n   H e i d e l b e r g ,   2 0 1 2 ,   p p .   7 4 6 7 6 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 642 - 3 3 7 1 5 - 4 _ 5 4 .   [ 1 1 ]   D .   S c h a r st e i n   a n d   R .   S z e l i sk i ,   A   t a x o n o m y   a n d   e v a l u a t i o n   o f   d e n se   t w o - f r a me  s t e r e o   c o r r e sp o n d e n c e   a l g o r i t h ms,”   I n t e rn a t i o n a l   J o u rn a l   o f   C o m p u t e r V i si o n ,   v o l .   4 7 ,   n o .   1 3 ,   p p .   7 4 2 ,   A p r .   2 0 0 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 2 3 / A : 1 0 1 4 5 7 3 2 1 9 9 7 7 .   [ 1 2 ]   J.  R a p p   a n d   V .   K .   G o y a l ,   A   f e w   p h o t o n a m o n g   m a n y :   U n m i x i n g   s i g n a l   a n d   n o i se  f o r   p h o t o n - e f f i c i e n t   a c t i v e   i ma g i n g ,   I E E E   T ra n s a c t i o n o n   C o m p u t a t i o n a l   I m a g i n g ,   v o l .   3 ,   n o .   3 ,   p p .   4 4 5 4 5 9 ,   S e p .   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / t c i . 2 0 1 7 . 2 7 0 6 0 2 8 .   [ 1 3 ]   J.  Ta c h e l l a   e t   a l . ,   B a y e si a n   3 D   r e c o n s t r u c t i o n   o f   c o mp l e x   sc e n e f r o m   si n g l e - p h o t o n   l i d a r   d a t a ,   S I AM   J o u rn a l   o n   I m a g i n g   S c i e n c e s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   1 ,   p p .   5 2 1 5 5 0 ,   Jan .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 3 7 / 1 8 M 1 1 8 3 9 7 2 .   [ 1 4 ]   J.  T a c h e l l a   e t   a l . ,   R e a l - t i me   3 D   r e c o n st r u c t i o n   f r o s i n g l e - p h o t o n   l i d a r   d a t a   u si n g   p l u g - a n d - p l a y   p o i n t   c l o u d   d e n o i s e r s,”   N a t u r e   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   1 0 ,   n o .   1 ,   N o v .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s4 1 4 6 7 - 0 1 9 - 1 2 9 4 3 - 7.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         C o mp u ta tio n a lly  efficien t p ix elw is d ee p   lea r n in g   a r ch itectu r fo r     ( Yu   Zh a n g )   5941   [ 1 5 ]   J.  K o o ,   A .   H a l i mi ,   a n d   S .   M c l a u g h l i n ,   A   B a y e s i a n   b a se d   d e e p   u n r o l l i n g   a l g o r i t h m   f o r   si n g l e - p h o t o n   l i d a r   sy s t e ms,”   I EE E   J o u rn a l   o n   S e l e c t e d   T o p i c i n   S i g n a l   Pro c e ssi n g ,   v o l .   1 6 ,   n o .   4 ,   p p .   7 6 2 7 7 4 ,   J u n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS TSP . 2 0 2 2 . 3 1 7 0 2 2 8 .   [ 1 6 ]   J.  Ta c h e l l a ,   Y .   A l t m a n n ,   M .   M a r q u e z ,   H .   A r g u e l l o - F u e n t e s,  J. - Y .   To u r n e r e t ,   a n d   S .   M c La u g h l i n ,   B a y e si a n   3 D   r e c o n st r u c t i o n   o f   su b s a m p l e d   m u l t i s p e c t r a l   si n g l e - p h o t o n   l i d a r   si g n a l s,”   I E EE  T ra n s a c t i o n o n   C o m p u t a t i o n a l   I m a g i n g ,   v o l .   6 ,   p p .   2 0 8 2 2 0 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / t c i . 2 0 1 9 . 2 9 4 5 2 0 4 .   [ 1 7 ]   J.  L i ,   B .   W a n g ,   H .   M a ,   L.   G a o ,   a n d   H .   F u ,   V i s u a l   f e a t u r e   e x t r a c t i o n   a n d   t r a c k i n g   me t h o d   b a se d   o n   c o r n e r   f l o w   d e t e c t i o n ,   I E C E   T ra n s a c t i o n o n   I n t e l l i g e n t   S y s t e m a t i c s ,   v o l .   1 ,   n o .   1 ,   p p .   3 9 ,   M a y   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 6 2 7 6 2 / t i s . 2 0 2 4 . 1 3 6 8 9 5 .   [ 1 8 ]   F .   W a n g   a n d   S .   Y i ,   S p a t i o - t e m p o r a l   f e a t u r e   s o f t   c o r r e l a t i o n   c o n c a t e n a t i o n   a g g r e g a t i o n   s t r u c t u r e   f o r   v i d e o   a c t i o n   r e c o g n i t i o n   n e t w o r k s,”   I E C T r a n s a c t i o n o n   S e n si n g ,   C o m m u n i c a t i o n ,   a n d   C o n t r o l ,   v o l .   1 ,   n o .   1 ,   p p .   6 0 7 1 ,   O c t .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 6 2 7 6 2 / t sc c . 2 0 2 4 . 2 1 2 7 5 1 .   [ 1 9 ]   Z.   S u n ,   D .   B .   Li n d e l l ,   O .   S o l g a a r d ,   a n d   G .   W e t z st e i n ,   S P A D n e t :   d e e p   R G B - S P A D   sen s o r   f u s i o n   a ss i st e d   b y   mo n o c u l a r   d e p t h   e st i mat i o n ,   O p t i c s   Ex p ress ,   v o l .   2 8 ,   n o .   1 0 ,   p .   1 4 9 4 8 ,   M a y   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / o e . 3 9 2 3 8 6 .   [ 2 0 ]   X .   Z h a o ,   X .   Ji a n g ,   A .   H a n ,   T.   M a o ,   W .   H e ,   a n d   Q .   C h e n ,   P h o t o n - e f f i c i e n t   3 D   r e c o n st r u c t i o n   e mp l o y i n g   a   e d g e   e n h a n c e m e n t   met h o d ,   O p t i c Ex p ress ,   v o l .   3 0 ,   n o .   2 ,   p .   1 5 5 5 ,   Ja n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / o e . 4 4 6 3 6 9 .   [ 2 1 ]   J.  P e n g ,   Z.   X i o n g ,   X .   H u a n g ,   Z .   P .   Li ,   D .   Li u ,   a n d   F .   X u ,   P h o t o n - e f f i c i e n t   3 D   i m a g i n g   w i t h   a   n o n - l o c a l   n e u r a l   n e t w o r k ,   i n   L e c t u re  N o t e i n   C o m p u t e S c i e n c e   ( i n c l u d i n g   s u b ser i e L e c t u r e   N o t e i n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   L e c t u re  N o t e i n   Bi o i n f o rm a t i c s) ,   v o l .   1 2 3 5 1   LN C S ,   S p r i n g e r   I n t e r n a t i o n a l   P u b l i sh i n g ,   2 0 2 0 ,   p p .   2 2 5 2 4 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 030 - 5 8 5 3 9 - 6 _ 1 4 .   [ 2 2 ]   D .   L.   S n y d e r   a n d   M .   I .   M i l l e r ,   S e l f - e x c i t i n g   p o i n t   p r o c e ss e s,”   i n   R a n d o m   Po i n t   Pr o c e ss e i n   T i m e   a n d   S p a c e ,   S p r i n g e r   N e w   Y o r k ,   1 9 9 1 ,   p p .   2 8 7 340 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 1 - 4 6 1 2 - 3 1 6 6 - 0 _ 6 .   [ 2 3 ]   W .   S h i   a n d   R .   R a j k u m a r ,   P o i n t - G N N :   G r a p h   n e u r a l   n e t w o r k   f o r   3 D   o b j e c t   d e t e c t i o n   i n   a   p o i n t   c l o u d ,   i n   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   I EEE  C o m p u t e r   S o c i e t y   C o n f e r e n c e   o n   C o m p u t e Vi s i o n   a n d   Pa t t e rn   Re c o g n i t i o n ,   J u n .   2 0 2 0 ,   p p .   1 7 0 8 1 7 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C V P R 4 2 6 0 0 . 2 0 2 0 . 0 0 1 7 8 .   [ 2 4 ]   Z.   Za n g   a n d   D .   D .   U e i   Li ,   O b j e c t   c l a ssi f i c a t i o n   t h r o u g h   h e t e r o g e n e o u s   f o g   w i t h   a   f a st   d a t a - d r i v e n   a l g o r i t h m   u si n g   a   l o w - c o s t   si n g l e - p h o t o n   a v a l a n c h e   d i o d e   a r r a y ,   O p t i c s   Ex p res s ,   v o l .   3 2 ,   n o .   1 9 ,   p .   3 3 2 9 4 ,   S e p .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / O E. 5 2 7 2 4 4 .   [ 2 5 ]   W .   Z h a n g   a n d   Q .   H o n g ,   M o d e l i n g   b r a i n   f u n c t i o n a l   n e t w o r k s   u s i n g   g r a p h   n e u r a l   n e t w o r k s :   A   r e v i e w   a n d   c l i n i c a l   a p p l i c a t i o n ,   I EC T r a n sa c t i o n o n   I n t e l l i g e n t   S y s t e m a t i c s ,   v o l .   1 ,   n o .   2 ,   p p .   5 8 6 8 ,   S e p .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 6 2 7 6 2 / t i s . 2 0 2 4 . 6 8 0 9 5 9 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS        Yu  Zh a n g           re c e iv e d   h is  B. E n g .   d e g re e   in   e lec tri c a a n d   e lec tro n ic  e n g in e e ri n g   fro m   th e   U n iv e rsit y   o Ke n t,   U n it e d   Ki n g d o m ,   in   2 0 2 4 .   He   is   c u rre n tl y   p u rsu i n g   th e   M . S .   d e g re e   in   e lec tri c a e n g in e e rin g   a th e   Viterb S c h o o o E n g i n e e rin g ,   U n iv e rsit y   o S o u t h e r n   Ca li fo rn ia,  L o An g e les ,   U n it e d   S tate s ,   sin c e   Ja n u a ry   2 0 2 5 .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il :   y z 3 2 4 @u sc . e d u .         Yim in g   Z h e n g           re c e iv e d   a   B. En g .   d e g re e   in   ra il   tran sit  sig n a l   a n d   c o n tr o fro m   Be ij in g   Un i o n   Un iv e rsit y ,   Be ij in g ,   C h in a ,   a n d   a   b a c h e lo r’s  d e g re e   in   m a n a g e m e n in   tec h n o l o g ica sy ste m s   fro m   Ur a S tate   Un iv e rsit y   o Ra il wa y   Tran sp o r t,   Ye k a terin b u r g ,   Ru ss ia,  b o t h   in   2 0 2 3 .   He   is  c u rre n tl y   p u rs u in g   th e   M . S .   d e g re e   in   e lec tri c a e n g in e e rin g   a t h e   Viterb S c h o o l   o f   E n g i n e e rin g ,   U n iv e rsit y   o S o u th e r n   Ca li f o rn ia,  Lo A n g e les ,   U n it e d   S tate s sin c e   Ja n u a ry   2 0 2 5 .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il y z h e n g 5 2 @u sc . e d u .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.