基于扩散模型与边缘信息引导的单光子图像重建算法

来源：电子与信息学报杂志2025年第7期北京时间：

作者：张丹, 练秋生, 杨郁池

单位：1.燕山大学信息科学与工程学院 秦皇岛 0660042.河北省信息传输与信号处理重点实验室 秦皇岛 0660043.河北科技大学信息科学与工程学院 石家庄 0500184.河北经贸大学管理科学与信息工程学院 石家庄 050061

摘要：在量子图像传感器(QIS)搭建的单光子成像系统中，场景信息蕴含于QIS输出的二值量化数据中，从二值比特流重建原始图像为极度不适定问题。针对现有重建算法在低过采样率重建质量低，对读出噪声敏感的问题，该文提出一种基于扩散模型和边缘信息引导的QIS图像重建算法，以实现快速高质量重建。该算法将测量子空间约束引入无条件的扩散模型反向扩散过程以满足数据一致性和自然图像数据分布的要求，最大似然估计算法重建图像的边缘轮廓成分作为辅助信息引导采样，在减少采样步数的同时提升重建质量。该算法在多个通用数据集上进行测试，并与典型的QIS图像重建算法和基于扩散模型的方法进行比较，实验结果表明，该算法有效地改善了图像重建质量，且对读出噪声具有较强的鲁棒性。

关键词：量子图像传感器, 单光子成像, 扩散模型, 边缘信息

基金资助：河北省自然科学基金(F2022203030)