飞行时间（TOF）传感器提供了一种成像模型加油，包括自主驾驶，机器人和增强现实的激光雷达。传统的TOF成像方法通过将光的脉冲发送到场景中并测量直接从场景表面反射的第一到达光子的TOF而没有任何时间延迟来估计深度。因此，在该第一响应之后的所有光子通常被认为是不需要的噪声。在本文中，我们通过使用第一到达光子的原理来涉及全光子TOF成像方法来结合第一和​​后退光子的时间 - 极化分析，这具有关于其几何和材料的丰富现场信息。为此，我们提出了一种新的时间 - 偏振反射模型，一种有效的捕获方法和重建方法，其利用由表面和子表面反射反射的光的时间 - 极性变化。所提出的全光子偏振子TOF成像方法允许通过利用系统捕获的所有光子来获取场景的深度，表面法线和材料参数，而传统的TOF成像仅从第一到达光子获得粗糙的深度。我们使用原型验证我们的模拟方法和实验。

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。

作为一种引起巨大关注的新兴技术，通过分析继电器表面上的漫反射来重建隐藏物体的非视线（NLOS）成像，具有广泛的应用前景，在自主驾驶，医学成像和医学成像领域防御。尽管信噪比低（SNR）和高不良效率的挑战，但近年来，NLOS成像已迅速发展。大多数当前的NLOS成像技术使用传统的物理模型，通过主动或被动照明构建成像模型，并使用重建算法来恢复隐藏场景。此外，NLOS成像的深度学习算法最近也得到了很多关注。本文介绍了常规和深度学习的NLOS成像技术的全面概述。此外，我们还调查了新的拟议的NLOS场景，并讨论了现有技术的挑战和前景。这样的调查可以帮助读者概述不同类型的NLOS成像，从而加速了在角落周围看到的发展。

在部署非视线（NLOS）成像系统中，越来越兴趣，以恢复障碍物背后的物体。现有解决方案通常在扫描隐藏对象之前预先校准系统。在封堵器，对象和扫描模式的现场调整需要重新校准。我们提出了一种在线校准技术，直接将所获取的瞬态扫描到LOS和隐藏组件中的所获取的瞬态耦合。我们使用前者直接（RE）在场景/障碍配置，扫描区域和扫描模式的变化时校准系统，而后者通过空间，频率或基于学习的技术恢复后者。我们的技术避免使用辅助校准设备，例如镜子或棋盘，并支持实验室验证和现实世界部署。

Time-resolved image sensors that capture light at pico-to-nanosecond timescales were once limited to niche applications but are now rapidly becoming mainstream in consumer devices. We propose low-cost and low-power imaging modalities that capture scene information from minimal time-resolved image sensors with as few as one pixel. The key idea is to flood illuminate large scene patches (or the entire scene) with a pulsed light source and measure the time-resolved reflected light by integrating over the entire illuminated area. The one-dimensional measured temporal waveform, called \emph{transient}, encodes both distances and albedoes at all visible scene points and as such is an aggregate proxy for the scene's 3D geometry. We explore the viability and limitations of the transient waveforms by themselves for recovering scene information, and also when combined with traditional RGB cameras. We show that plane estimation can be performed from a single transient and that using only a few more it is possible to recover a depth map of the whole scene. We also show two proof-of-concept hardware prototypes that demonstrate the feasibility of our approach for compact, mobile, and budget-limited applications.

神经网络可以表示和准确地重建静态3D场景的辐射场（例如，NERF）。有几种作品将这些功能扩展到用单眼视频捕获的动态场景，具有很有希望的性能。然而，已知单眼设置是一个受限制的问题，因此方法依赖于数据驱动的前导者来重建动态内容。我们用飞行时间（TOF）相机的测量来替换这些前沿，并根据连续波TOF相机的图像形成模型引入神经表示。我们而不是使用加工的深度映射，我们模拟了原始的TOF传感器测量，以改善重建质量，避免低反射区域，多路径干扰和传感器的明确深度范围的问题。我们表明，这种方法改善了动态场景重建对错误校准和大型运动的鲁棒性，并讨论了现在可在现代智能手机上提供的RGB + TOF传感器的好处和限制。

本书章节介绍了如何利用散射光场中的光谱相关性来进行高精度的飞行时间感测。本章应作为温和的介绍，旨在用于计算成像科学家和新手合成波长成像主题的学生。技术细节（例如检测器或光源规格）将在很大程度上省略。取而代之的是，不同方法之间的相似性将被强调“绘制更大的图景”。

Computer vision applications have heavily relied on the linear combination of Lambertian diffuse and microfacet specular reflection models for representing reflected radiance, which turns out to be physically incompatible and limited in applicability. In this paper, we derive a novel analytical reflectance model, which we refer to as Fresnel Microfacet BRDF model, that is physically accurate and generalizes to various real-world surfaces. Our key idea is to model the Fresnel reflection and transmission of the surface microgeometry with a collection of oriented mirror facets, both for body and surface reflections. We carefully derive the Fresnel reflection and transmission for each microfacet as well as the light transport between them in the subsurface. This physically-grounded modeling also allows us to express the polarimetric behavior of reflected light in addition to its radiometric behavior. That is, FMBRDF unifies not only body and surface reflections but also light reflection in radiometry and polarization and represents them in a single model. Experimental results demonstrate its effectiveness in accuracy, expressive power, and image-based estimation.

We present a novel single-shot interferometric ToF camera targeted for precise 3D measurements of dynamic objects. The camera concept is based on Synthetic Wavelength Interferometry, a technique that allows retrieval of depth maps of objects with optically rough surfaces at submillimeter depth precision. In contrast to conventional ToF cameras, our device uses only off-the-shelf CCD/CMOS detectors and works at their native chip resolution (as of today, theoretically up to 20 Mp and beyond). Moreover, we can obtain a full 3D model of the object in single-shot, meaning that no temporal sequence of exposures or temporal illumination modulation (such as amplitude or frequency modulation) is necessary, which makes our camera robust against object motion. In this paper, we introduce the novel camera concept and show first measurements that demonstrate the capabilities of our system. We present 3D measurements of small (cm-sized) objects with > 2 Mp point cloud resolution (the resolution of our used detector) and up to sub-mm depth precision. We also report a "single-shot 3D video" acquisition and a first single-shot "Non-Line-of-Sight" measurement. Our technique has great potential for high-precision applications with dynamic object movement, e.g., in AR/VR, industrial inspection, medical imaging, and imaging through scattering media like fog or human tissue.

由于成像硬件和重建算法的重大进展，计算成像拐角处或非视线（NLOS）成像的方法正在成为现实。 NAM等人的最新发展NLOS成像。展示了一个高速非焦距成像系统，其运行速度为5Hz，比以前的ART快100倍。然而，这种巨大的采集率增长需要在光传输中进行大量近似，打破了许多现有的NLOS重建方法，这些方法采用了理想化的图像形成模型。为了弥合差距，我们提出了一个新颖的深层模型，该模型结合了波传播和体积渲染的互补物理学先验，以进行高质量和强大的NLOS重建。该精心策划的设计通过放松图像形成模型来规范解决方案空间，从而产生了一个深层模型，尽管在合成数据上只接受了专门的培训，但在真实捕获上却很好地概括了。此外，我们设计了一个统一的学习框架，使我们的模型能够使用各种监督信号（包括目标强度图像甚至RAW NLOS瞬态测量）灵活训练我们的模型。一旦受过训练，我们的模型就会在一次前传球中的推理时间呈现强度和深度图像，能够在高端GPU上处理超过5个以上的捕获。通过广泛的定性和定量实验，我们表明我们的方法的表现优于先前的物理和基于学习的方法，同时基于合成和实际测量。我们预计，我们的方法以及快速捕获系统将加速NLOS成像的未来开发，用于需要高速成像的现实世界应用。

我们提出了使用镜面多声激光雷达返回的方法来检测和映射镜面表面，这些表面可能是依赖直接单刻钟返回的常规LIDAR系统看不见的。我们得出将这些多声音返回的时间和到达的表达式与镜面表面上的散射点相关联，然后使用这些表达式来制定技术以检索镜面几何时，当场景被单光束扫描或照亮时带有多光束闪光灯。我们还考虑了透明的镜面表面的特殊情况，可以将表面反射与散布在表面后面的物体上的光混合在一起。

最近的神经渲染方法通过用神经网络预测体积密度和颜色来证明了准确的视图插值。虽然可以在静态和动态场景上监督这种体积表示，但是现有方法隐含地将完整的场景光传输释放到一个神经网络中，用于给定场景，包括曲面建模，双向散射分布函数和间接照明效果。与传统的渲染管道相比，这禁止在场景中改变表面反射率，照明或构成其他物体。在这项工作中，我们明确地模拟了场景表面之间的光传输，我们依靠传统的集成方案和渲染方程来重建场景。所提出的方法允许BSDF恢复，具有未知的光条件和诸如路径传输的经典光传输。通过在传统渲染方法中建立的表面表示的分解传输，该方法自然促进了编辑形状，反射率，照明和场景组成。该方法优于神经，在已知的照明条件下可发光，并为refit和编辑场景产生现实的重建。我们验证了从综合和捕获的视图上了解的场景编辑，致密和反射率估算的建议方法，并捕获了神经数据集的子集。

计算光学成像（COI）系统利用其设置中的光学编码元素（CE）在单个或多个快照中编码高维场景，并使用计算算法对其进行解码。 COI系统的性能很大程度上取决于其主要组件的设计：CE模式和用于执行给定任务的计算方法。常规方法依赖于随机模式或分析设计来设置CE的分布。但是，深神经网络（DNNS）的可用数据和算法功能已在CE数据驱动的设计中开辟了新的地平线，该设计共同考虑了光学编码器和计算解码器。具体而言，通过通过完全可区分的图像形成模型对COI测量进行建模，该模型考虑了基于物理的光及其与CES的相互作用，可以在端到端优化定义CE和计算解码器的参数和计算解码器（e2e）方式。此外，通过在同一框架中仅优化CE，可以从纯光学器件中执行推理任务。这项工作调查了CE数据驱动设计的最新进展，并提供了有关如何参数化不同光学元素以将其包括在E2E框架中的指南。由于E2E框架可以通过更改损耗功能和DNN来处理不同的推理应用程序，因此我们提出低级任务，例如光谱成像重建或高级任务，例如使用基于任务的光学光学体系结构来增强隐私的姿势估计，以维护姿势估算。最后，我们说明了使用全镜DNN以光速执行的分类和3D对象识别应用程序。

传统上，本征成像或内在图像分解被描述为将图像分解为两层：反射率，材料的反射率;和一个阴影，由光和几何之间的相互作用产生。近年来，深入学习技术已广泛应用，以提高这些分离的准确性。在本调查中，我们概述了那些在知名内在图像数据集和文献中使用的相关度量的结果，讨论了预测所需的内在图像分解的适用性。虽然Lambertian的假设仍然是许多方法的基础，但我们表明，对图像形成过程更复杂的物理原理组件的潜力越来越意识到，这是光学准确的材料模型和几何形状，更完整的逆轻型运输估计。考虑使用的前瞻和模型以及驾驶分解过程的学习架构和方法，我们将这些方法分类为分解的类型。考虑到最近神经，逆和可微分的渲染技术的进步，我们还提供了关于未来研究方向的见解。

基于掩模的无透镜相机可以是平坦的，薄型和轻质的，这使得它们适用于具有大表面积和任意形状的计算成像系统的新颖设计。尽管最近在无晶体相机的进展中，由于底层测量系统的不良状态，从透镜相机恢复的图像质量往往差。在本文中，我们建议使用编码照明来提高用无透镜相机重建的图像的质量。在我们的成像模型中，场景/物体被多种编码照明模式照亮，因为无透镜摄像机记录传感器测量。我们设计并测试了许多照明模式，并观察到变速点（和相关的正交）模式提供了最佳的整体性能。我们提出了一种快速和低复杂性的恢复算法，可利用我们系统中的可分离性和块对角线结构。我们提出了仿真结果和硬件实验结果，以证明我们的提出方法可以显着提高重建质量。

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。

机器学习的最近进步已经创造了利用一类基于坐标的神经网络来解决视觉计算问题的兴趣，该基于坐标的神经网络在空间和时间跨空间和时间的场景或对象的物理属性。我们称之为神经领域的这些方法已经看到在3D形状和图像的合成中成功应用，人体的动画，3D重建和姿势估计。然而，由于在短时间内的快速进展，许多论文存在，但尚未出现全面的审查和制定问题。在本报告中，我们通过提供上下文，数学接地和对神经领域的文学进行广泛综述来解决这一限制。本报告涉及两种维度的研究。在第一部分中，我们通过识别神经字段方法的公共组件，包括不同的表示，架构，前向映射和泛化方法来专注于神经字段的技术。在第二部分中，我们专注于神经领域的应用在视觉计算中的不同问题，超越（例如，机器人，音频）。我们的评论显示了历史上和当前化身的视觉计算中已覆盖的主题的广度，展示了神经字段方法所带来的提高的质量，灵活性和能力。最后，我们展示了一个伴随着贡献本综述的生活版本，可以由社区不断更新。

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。

侧can声纳是一种小型且具有成本效益的传感溶液，可以轻松地安装在大多数船上。从历史上看，它一直用于生产高清图像，专家可能用来识别海底或水柱上的目标。虽然已提出溶液仅从侧扫或与Multibeam结合使用，但影响有限。这部分是由于主要仅限于单侧扫描线的结果。在本文中，我们提出了一种现代可口的解决方案，以从许多侧扫线中创建高质量的测量规模测深。通过合并对同一位置的多个观察结果，可以改善结果，因为估计值相互加强。我们的方法基于正弦表示网络，这是神经表示学习的最新进展。我们通过从大型侧扫调查中产生测深，证明了该方法的可伸缩性。通过与高精度多光束传感器收集的数据进行比较，可以证明所得的质量。

通过动态散射介质进行非侵入性光学成像具有许多重要的生物医学应用，但仍然是一项艰巨的任务。尽管标准弥漫成像方法测量光吸收或荧光发射，但也良好的是，散射的相干光的时间相关性通过组织像光强度一样扩散。然而，迄今为止，很少有作品旨在通过实验测量和处理这种时间相关数据，以证明去相关动力学的深度组织视频重建。在这项工作中，我们利用单光子雪崩二极管（SPAD）阵列摄像机同时监视单photon水平的斑点波动的时间动力学，从12种不同的幻影组织通过定制的纤维束阵列传递的位置。然后，我们应用深度神经网络将所获得的单光子测量值转换为迅速去摩擦组织幻像下散射动力学的视频。我们证明了重建瞬态（0.1-0.4s）动态事件的图像的能力，该动态事件发生在非相关的组织幻影下，并以毫米级分辨率进行重构，并突出显示我们的模型如何灵活地扩展到埋藏的phantom船只内的流速。