极化成像已应用于越来越多的机器人视觉应用中（例如，水下导航，眩光去除，脱落，对象分类和深度估计）。可以在市场RGB极化摄像机上找到可以在单个快照中捕获颜色和偏振状态的摄像头。由于传感器的特性分散和镜头的使用，至关重要的是校准这些类型的相机以获得正确的极化测量。到目前为止开发的校准方法要么不适合这种类型的相机，要么需要在严格的设置中进行复杂的设备和耗时的实验。在本文中，我们提出了一种新方法来克服对复杂的光学系统有效校准这些相机的需求。我们表明，所提出的校准方法具有多个优点，例如任何用户都可以使用统一的线性极化光源轻松校准相机，而无需任何先验地了解其偏振状态，并且收购数量有限。我们将公开提供校准代码。

The vast majority of Shape-from-Polarization (SfP) methods work under the oversimplified assumption of using orthographic cameras. Indeed, it is still not well understood how to project the Stokes vectors when the incoming rays are not orthogonal to the image plane. We try to answer this question presenting a geometric model describing how a general projective camera captures the light polarization state. Based on the optical properties of a tilted polarizer, our model is implemented as a pre-processing operation acting on raw images, followed by a per-pixel rotation of the reconstructed normal field. In this way, all the existing SfP methods assuming orthographic cameras can behave like they were designed for projective ones. Moreover, our model is consistent with state-of-the-art forward and inverse renderers (like Mitsuba3 and ART), intrinsically enforces physical constraints among the captured channels, and handles demosaicing of DoFP sensors. Experiments on existing and new datasets demonstrate the accuracy of the model when applied to commercially available polarimetric cameras.

当前的极化3D重建方法，包括具有偏振文献的良好形状的方法，均在正交投影假设下开发。但是，在较大的视野中，此假设不存在，并且可能导致对此假设的方法发生重大的重建错误。为了解决此问题，我们介绍适用于透视摄像机的透视相位角（PPA）模型。与拼字法模型相比，提出的PPA模型准确地描述了在透视投影下极化相位角与表面正常之间的关系。此外，PPA模型使得仅从一个单视相位映射估算表面正态，并且不遭受所谓的{\ pi} - ambiguity问题。实际数据上的实验表明，PPA模型对于具有透视摄像机的表面正常估计比拼字法模型更准确。

本文提出了一种新型电镀摄像机的校准算法，尤其是多焦距配置，其中使用了几种类型的微透镜，仅使用原始图像。电流校准方法依赖于简化投影模型，使用重建图像的功能，或者需要每种类型的微透镜进行分离的校准。在多聚焦配置中，根据微透镜焦距，场景的相同部分将展示不同量的模糊。通常，使用具有最小模糊量的微图像。为了利用所有可用的数据，我们建议在新推出的模糊的模糊（BAP）功能的帮助下，在新的相机模型中明确地模拟Defocus模糊。首先，它用于检索初始相机参数的预校准步骤，而第二步骤，以表达在我们的单个优化过程中最小化的新成本函数。第三，利用它来校准微图像之间的相对模糊。它将几何模糊，即模糊圈链接到物理模糊，即点传播函数。最后，我们使用产生的模糊概况来表征相机的景深。实际数据对受控环境的定量评估展示了我们校准的有效性。

椭圆测量技术允许测量材料的极化信息，需要具有不同灯和传感器配置的光学组件的精确旋转。这会导致繁琐的捕获设备，在实验室条件下仔细校准，并且在很长的获取时间，通常按照每个物体几天的顺序。最近的技术允许捕获偏振偏光的反射率信息，但仅限于单个视图，或涵盖所有视图方向，但仅限于单个均匀材料制成的球形对象。我们提出了稀疏椭圆测量法，这是一种便携式偏光获取方法，同时同时捕获极化SVBRDF和3D形状。我们的手持设备由现成的固定光学组件组成。每个物体的总收购时间在二十分钟之间变化，而不是天数。我们开发了一个完整的极化SVBRDF模型，其中包括分散和镜面成分以及单个散射，并通过生成模型来设计一种新型的极化逆渲染算法，并通过数据增强镜面反射样品的数据增强。我们的结果表明，与现实世界对象捕获的极化BRDF的最新基础数据集有很强的一致性。

视觉的触觉传感器由于经济实惠的高分辨率摄像机和成功的计算机视觉技术而被出现为机器人触摸的有希望的方法。但是，它们的物理设计和他们提供的信息尚不符合真实应用的要求。我们提供了一种名为Insight的强大，柔软，低成本，视觉拇指大小的3D触觉传感器：它不断在其整个圆锥形感测表面上提供定向力分布图。围绕内部单眼相机构造，传感器仅在刚性框架上仅成型一层弹性体，以保证灵敏度，鲁棒性和软接触。此外，Insight是第一个使用准直器将光度立体声和结构光混合的系统来检测其易于更换柔性外壳的3D变形。通过将图像映射到3D接触力的空间分布（正常和剪切）的深神经网络推断力信息。洞察力在0.4毫米的总空间分辨率，力量幅度精度约为0.03 n，并且对于具有不同接触面积的多个不同触点，在0.03-2 n的范围内的5度大约5度的力方向精度。呈现的硬件和软件设计概念可以转移到各种机器人部件。

Lensless cameras are a class of imaging devices that shrink the physical dimensions to the very close vicinity of the image sensor by replacing conventional compound lenses with integrated flat optics and computational algorithms. Here we report a diffractive lensless camera with spatially-coded Voronoi-Fresnel phase to achieve superior image quality. We propose a design principle of maximizing the acquired information in optics to facilitate the computational reconstruction. By introducing an easy-to-optimize Fourier domain metric, Modulation Transfer Function volume (MTFv), which is related to the Strehl ratio, we devise an optimization framework to guide the optimization of the diffractive optical element. The resulting Voronoi-Fresnel phase features an irregular array of quasi-Centroidal Voronoi cells containing a base first-order Fresnel phase function. We demonstrate and verify the imaging performance for photography applications with a prototype Voronoi-Fresnel lensless camera on a 1.6-megapixel image sensor in various illumination conditions. Results show that the proposed design outperforms existing lensless cameras, and could benefit the development of compact imaging systems that work in extreme physical conditions.

光有许多可以通过视觉传感器被动测量的特性。色带分离波长和强度可以说是单眼6D对象姿态估计的最常用的波长。本文探讨了互补偏振信息的互补信息，即光波振荡的方向，可以影响姿态预测的准确性。一种混合模型，利用数据驱动的学习策略共同利用物理代理，并在具有不同量的光度复杂度的物体上进行设计和仔细测试。我们的设计不仅显着提高了与光度 - 最先进的方法相关的姿态精度，而且还使对象姿势估计用于高反射性和透明的物体。

可靠地定量自然和人为气体释放（例如，从海底进入海洋的自然和人为气体释放（例如，Co $ _2 $，甲烷），最终是大气，是一个具有挑战性的任务。虽然船舶的回声探测器允许在水中检测水中的自由气，但是即使从较大的距离中，精确量化需要诸如未获得的升高速度和气泡尺寸分布的参数。光学方法的意义上是互补的，即它们可以提供从近距离的单个气泡或气泡流的高时和空间分辨率。在这一贡献中，我们介绍了一种完整的仪器和评估方法，用于光学气泡流特征。专用仪器采用高速深海立体声摄像机系统，可在部署在渗透网站以进行以后的自动分析时录制泡泡图像的Tbleabytes。对于几分钟的短序列可以获得泡特性，然后将仪器迁移到其他位置，或者以自主间隔模式迁移到几天内，以捕获由于电流和压力变化和潮汐循环引起的变化。除了报告泡沫特征的步骤旁边，我们仔细评估了可达准确性并提出了一种新颖的校准程序，因为由于缺乏点对应，仅使用气泡的剪影。该系统已成功运营，在太平洋高达1000万水深，以评估甲烷通量。除了样品结果外，我们还会报告在开发期间汲取的故障案例和经验教训。

由于摄像机外壳引起的水 - 空气界面处的光线非线性折射，恢复水下场景的3D几何是具有挑战性的。我们提出了一种基于光场的方法，从单个观点来利用角度样本的性能进行高质量的水下3D重建。具体地，我们将光场图像重新采样到角贴片。由于水下场景表现出弱视图依赖性镜面，在正确的深度上采样时，角度贴片趋于具有均匀的强度。因此，我们将这种角度均匀施加为深度估计的约束。为了高效角度重采样，我们设计一种基于多变量多项式回归的快速近似算法，以实现近似非线性折射路径。我们进一步开发了一种轻场校准算法，估计水上空气接口几何形状以及相机参数。综合性和真实数据的综合实验表明我们的方法在静态和动态水下场景中产生了最先进的重建。

间接飞行时间（ITOF）相机是一个有希望的深度传感技术。然而，它们容易出现由多路径干扰（MPI）和低信噪比（SNR）引起的错误。传统方法，在去噪后，通过估计编码深度的瞬态图像来减轻MPI。最近，在不使用中间瞬态表示的情况下，共同去噪和减轻MPI的数据驱动方法已经成为最先进的。在本文中，我们建议重新审视瞬态代表。使用数据驱动的Priors，我们将其插入/推断ITOF频率并使用它们来估计瞬态图像。给定直接TOF（DTOF）传感器捕获瞬态图像，我们将我们的方法命名为ITOF2DTOF。瞬态表示是灵活的。它可以集成与基于规则的深度感测算法，对低SNR具有强大，并且可以处理实际上出现的模糊场景（例如，镜面MPI，光学串扰）。我们在真正深度传感方案中展示了先前方法上的ITOF2DTOF的好处。

我们提出了一种依赖工程点扩散功能（PSF）的紧凑型快照单眼估计技术。微观超分辨率成像中使用的传统方法，例如双螺旋PSF（DHPSF），不适合比稀疏的一组点光源更复杂的场景。我们使用cram \'er-rao下限（CRLB）显示，将DHPSF的两个叶分开，从而捕获两个单独的图像导致深度精度的急剧增加。用于生成DHPSF的相掩码的独特属性是，将相掩码分为两个半部分，导致两个裂片的空间分离。我们利用该属性建立一个基于紧凑的极化光学设置，在该设置中，我们将两个正交线性极化器放在DHPSF相位掩码的每一半上，然后使用极化敏感的摄像机捕获所得图像。模拟和实验室原型的结果表明，与包括DHPSF和Tetrapod PSF在内的最新设计相比，我们的技术达到了高达50美元的深度误差，而空间分辨率几乎没有损失。

Spatially varying spectral modulation can be implemented using a liquid crystal spatial light modulator (SLM) since it provides an array of liquid crystal cells, each of which can be purposed to act as a programmable spectral filter array. However, such an optical setup suffers from strong optical aberrations due to the unintended phase modulation, precluding spectral modulation at high spatial resolutions. In this work, we propose a novel computational approach for the practical implementation of phase SLMs for implementing spatially varying spectral filters. We provide a careful and systematic analysis of the aberrations arising out of phase SLMs for the purposes of spatially varying spectral modulation. The analysis naturally leads us to a set of "good patterns" that minimize the optical aberrations. We then train a deep network that overcomes any residual aberrations, thereby achieving ideal spectral modulation at high spatial resolution. We show a number of unique operating points with our prototype including dynamic spectral filtering, material classification, and single- and multi-image hyperspectral imaging.

现代计算机视觉已超越了互联网照片集的领域，并进入了物理世界，通过非结构化的环境引导配备摄像头的机器人和自动驾驶汽车。为了使这些体现的代理与现实世界对象相互作用，相机越来越多地用作深度传感器，重建了各种下游推理任务的环境。机器学习辅助的深度感知或深度估计会预测图像中每个像素的距离。尽管已经在深入估算中取得了令人印象深刻的进步，但仍然存在重大挑战：（1）地面真相深度标签很难大规模收集，（2）通常认为相机信息是已知的，但通常是不可靠的，并且（3）限制性摄像机假设很常见，即使在实践中使用了各种各样的相机类型和镜头。在本论文中，我们专注于放松这些假设，并描述将相机变成真正通用深度传感器的最终目标的贡献。

We propose a flexible new technique to easily calibrate a camera. It is well suited for use without specialized knowledge of 3D geometry or computer vision. The technique only requires the camera to observe a planar pattern shown at a few (at least two) different orientations. Either the camera or the planar pattern can be freely moved. The motion need not be known. Radial lens distortion is modeled. The proposed procedure consists of a closed-form solution, followed by a nonlinear refinement based on the maximum likelihood criterion. Both computer simulation and real data have been used to test the proposed technique, and very good results have been obtained. Compared with classical techniques which use expensive equipment such as two or three orthogonal planes, the proposed technique is easy to use and flexible. It advances 3D computer vision one step from laboratory environments to real world use.

使用FASS-MVS，我们提出了一种具有表面感知半全局匹配的快速多视图立体声的方法，其允许从UAV捕获的单眼航空视频数据中快速深度和正常地图估计。反过来，由FASS-MVS估计的数据促进在线3D映射，这意味着在获取或接收到图像数据时立即和递增地生成场景的3D地图。 FASS-MVS由分层处理方案组成，其中深度和正常数据以及相应的置信度分数以粗略的方式估计，允许有效地处理由倾斜图像所固有的大型场景深度低无人机。实际深度估计采用用于致密多图像匹配的平面扫描算法，以产生深度假设，通过表面感知半全局优化来提取实际深度图，从而减少了SGM的正平行偏压。给定估计的深度图，然后通过将深度图映射到点云中并计算狭窄的本地邻域内的普通向量来计算像素 - 方面正常信息。在彻底的定量和消融研究中，我们表明，由FASS-MV计算的3D信息的精度接近离线多视图立体声的最先进方法，误差甚至没有一个幅度而不是科麦。然而，同时，FASS-MVS的平均运行时间估计单个深度和正常地图的距离小于ColMAP的14％，允许在1-中执行全高清图像的在线和增量处理2 Hz。

从数字艺术到AR和VR体验，图像编辑和合成已经变得无处不在。为了生产精美的复合材料，需要对相机进行几何校准，这可能很乏味，需要进行物理校准目标。代替传统的多图像校准过程，我们建议使用深层卷积神经网络直接从单个图像中直接从单个图像中推断摄像机校准参数，例如音高，滚动，视场和镜头失真。我们使用大规模全景数据集中自动生成样品训练该网络，从而在标准L2误差方面产生了竞争精度。但是，我们认为将这种标准误差指标最小化可能不是许多应用程序的最佳选择。在这项工作中，我们研究了人类对几何相机校准中不准确性的敏感性。为此，我们进行了一项大规模的人类感知研究，我们要求参与者以正确和有偏见的摄像机校准参数判断3D对象的现实主义。基于这项研究，我们为摄像机校准开发了一种新的感知度量，并证明我们的深校准网络在标准指标以及这一新型感知度量方面都优于先前基于单像的校准方法。最后，我们演示了将校准网络用于多种应用程序，包括虚拟对象插入，图像检索和合成。可以在https://lvsn.github.io/deepcalib上获得我们方法的演示。

本文提出了一种接近光的光度立体声方法，该方法忠实地保留了3D重建中的尖锐深度边缘。与以前依靠有限分化来近似深度部分衍生物和表面正常的方法不同，我们在近光照度立体声中引入了一个分析上可区分的神经表面，以避免在尖锐的深度边缘下的分化误差，其中深度表示为表示深度的神经误差。图像坐标。通过进一步将兰伯特式反映物作为由表面正常和深度产生的因变量，我们的方法不准确地深度初始化。在合成场景和现实世界场景上进行的实验证明了我们方法在边缘保存中详细形状恢复的有效性。

相对色彩恒定是许多科学成像应用的重要要求。然而，大多数数码相机在其图像形成和本机传感器输出中的不同通常无法访问，例如，在智能手机相机应用中。这使得难以在一系列设备上实现一致的颜色评估，并且破坏了计算机视觉算法的性能。若要解决此问题，我们提出了一种颜色对齐模型，将相机映像形成为黑盒，并将颜色对准作为三步处理：相机响应校准，响应线性和颜色匹配。所提出的模型采用非标准颜色参考，即，通过利用新颖的线性距离特征，在不知道真实颜色值的情况下，颜色斑块。它相当于通过无监督过程确定相机参数。它还适用于跨图像的最小相应颜色块，以进行颜色，以提供适用的处理。在各种照明和曝光条件下由多个摄像机收集的两个具有挑战性的图像数据集用于评估模型。性能基准证明，与其他流行和最先进的方法相比，我们的模型实现了卓越的性能。

任何相机的光学元件都会降低照片的清晰度，这是关键的视觉质量标准。该降解的特征是点传播函数（PSF），该函数取决于光的波长，并且在整个成像场中都是可变的。在本文中，我们提出了一个两步方案，以纠正单个RAW或JPEG图像中的光学畸变，即没有相机或镜头上任何事先信息。首先，我们估计当地的高斯模糊内核，以重叠斑块，并通过非盲脱毛技术锐化它们。基于数十个透镜的PSF的测量值，这些模糊内核被建模为由七个参数定义的RGB高斯人。其次，我们使用卷积神经网络去除其余的侧向色差（第一步中未考虑），该网络被训练，可将红色/绿色和蓝色/绿色残留图像最小化。关于合成图像和真实图像的实验表明，这两个阶段的组合产生了一种快速的最新盲目畸变补偿技术，该技术与商业非盲算法竞争。