Event cameras are novel bio-inspired sensors that offer advantages over traditional cameras (low latency, high dynamic range, low power, etc.). Optical flow estimation methods that work on packets of events trade off speed for accuracy, while event-by-event (incremental) methods have strong assumptions and have not been tested on common benchmarks that quantify progress in the field. Towards applications on resource-constrained devices, it is important to develop optical flow algorithms that are fast, light-weight and accurate. This work leverages insights from neuroscience, and proposes a novel optical flow estimation scheme based on triplet matching. The experiments on publicly available benchmarks demonstrate its capability to handle complex scenes with comparable results as prior packet-based algorithms. In addition, the proposed method achieves the fastest execution time (> 10 kHz) on standard CPUs as it requires only three events in estimation. We hope that our research opens the door to real-time, incremental motion estimation methods and applications in real-world scenarios.

事件摄像机对场景动态做出响应，并提供了估计运动的优势。遵循最近基于图像的深度学习成就，事件摄像机的光流估计方法急于将基于图像的方法与事件数据相结合。但是，由于它们具有截然不同的属性，因此需要几个改编（数据转换，损失功能等）。我们开发了一种原则性的方法来扩展对比度最大化框架以估算仅事件的光流。我们研究关键要素：如何设计目标函数以防止过度拟合，如何扭曲事件以更好地处理遮挡，以及如何改善与多规模原始事件的收敛性。有了这些关键要素，我们的方法在MVSEC基准的无监督方法中排名第一，并且在DSEC基准上具有竞争力。此外，我们的方法使我们能够在这些基准测试中揭露地面真相流的问题，并在将其转移到无监督的学习环境中时会产生出色的结果。我们的代码可在https://github.com/tub-rip/event_based_optility_flow上找到

Event cameras are emerging vision sensors and their advantages are suitable for various applications such as autonomous robots. Contrast maximization (CMax), which provides state-of-the-art accuracy on motion estimation using events, may suffer from an overfitting problem called event collapse. Prior works are computationally expensive or cannot alleviate the overfitting, which undermines the benefits of the CMax framework. We propose a novel, computationally efficient regularizer based on geometric principles to mitigate event collapse. The experiments show that the proposed regularizer achieves state-of-the-art accuracy results, while its reduced computational complexity makes it two to four times faster than previous approaches. To the best of our knowledge, our regularizer is the only effective solution for event collapse without trading off runtime. We hope our work opens the door for future applications that unlocks the advantages of event cameras.

传统摄像机测量图像强度。相比之下，事件相机以异步测量每像素的时间强度变化。恢复事件的强度是一个流行的研究主题，因为重建的图像继承了高动态范围（HDR）和事件的高速属性;因此，它们可以在许多机器人视觉应用中使用并生成慢动作HDR视频。然而，最先进的方法通过训练映射到图像经常性神经网络（RNN）来解决这个问题，这缺乏可解释性并且难以调整。在这项工作中，我们首次展示运动和强度估计的联合问题导致我们以模拟基于事件的图像重建作为可以解决的线性逆问题，而无需训练图像重建RNN。相反，基于古典和学习的图像前导者可以用于解决问题并从重建的图像中删除伪影。实验表明，尽管仅使用来自短时间间隔（即，没有复发连接），但是，尽管只使用来自短时间间隔的数据，所提出的方法会产生视觉质量的图像。我们的方法还可用于提高首先估计图像Laplacian的方法重建的图像的质量;在这里，我们的方法可以被解释为由图像前提引导的泊松重建。

事件摄像机捕获观察到的场景中的照明的变化，而不是累积光以创建图像。因此，它们允许在高速运动和复杂的照明条件下的应用，其中传统的框架传感器显示它们的模糊和过度或未出现的像素的限制。由于这些独特的属性，它们表示现在是与其相关的应用的高度有吸引力的传感器。在这些神经形式相机的普及升高之后，已经研究了基于事件的光流（EBOF）。然而，最近的高清神经晶体传感器的到来挑战现有方法，因为事件像素阵列的分辨率增加和更高的吞吐量。作为这些点的答案，我们提出了一种用于实时计算光流的优化框架，以及低分辨率的事件摄像机。我们以“逆指数距离表面”的形式为稀疏事件流制定了一种新的密集表示。它用作临时框架，专为使用证明，最先进的基于框架的光流量计算方法而设计。我们评估我们在低分辨率和高分辨率驾驶序列上的方法，并表明它通常比当前现有技术更好地实现更好的结果，同时也达到更高的帧速率，250Hz在346 x 260像素和77Hz在1280 x 720像素。

具有基于框架的相机的光流计算具有很高的精度，但速度受算法的模型大小或相机帧速率的限制。这使得它不适用于高速应用程序。事件摄像机提供连续的异步事件流，以克服帧速率限制。但是，用于处理数据借用框架之类的算法，例如设置限制速度，或者遭受较低的精度。我们融合了框架和基于事件的管道的互补准确性和速度优势，以提供高速光流，同时保持较低的错误率。我们的生物模仿网络通过MVSEC数据集进行了验证，该数据集以4倍速度上升显示了19％的误差降解。然后，我们通过高速无人机飞行方案演示了系统，该方案甚至在光学摄像头看到无人机使其适用于跟踪和分割等应用程序之前，高速事件摄像头也能计算流程。这项工作表明，可以通过融合来自其他方式的数据来克服基于框架的处理中的基本权衡。

事件摄像机由于其有益的特性，例如高时间分辨率，高带宽，几乎没有运动模糊和低功耗，因此在机器人技术和计算机视觉中变得越来越流行。但是，这些相机在市场上仍然昂贵且稀缺，使它们无法获得大多数。使用事件模拟器最大程度地减少了对真实事件摄像机开发新算法的需求。但是，由于模拟的计算复杂性，无法实时生成现有仿真器的事件流，而是必须从现有视频序列或预渲染中预先计算，然后从虚拟3D场景中进行模拟。尽管这些离线生成的事件流可以用作学习任务的培训数据，但所有响应时间的应用程序都无法从这些模拟器中受益，因为它们仍然需要实际的事件摄像头。这项工作提出了仿真方法，将事件模拟的性能提高了两个数量级（使其实时能够），同时在质量评估中保持竞争力。

基于事件的视觉传感器基于视觉场景的变化产生具有高时间分辨率的异步事件流。随着事件的生成，这些传感器的特性允许精确快速地计算光学流量。对于从事件数据计算光学流的现有解决方案未能由于孔径问题而无法捕获真正的运动方向，请勿使用传感器的高时间分辨率，或者在嵌入式平台上实时运行太昂贵。在这项研究中，我们首先提供了我们之前的算法，武器（光圈稳健的多尺度流）的更快版本。新的优化软件版本（农场）显着提高了传统CPU的吞吐量。此外，我们呈现危害，一种农场算法的硬件实现，允许实时计算低功耗，嵌入式平台上的真实流量。建议的危害架构针对混合系统的片上器件，旨在最大限度地提高可配置性和吞吐量。硬件架构和农场算法是用异步的神经形态处理而开发的，放弃了事件帧的常用使用，而是仅使用不同事件的小历史运行，允许独立于传感器分辨率进行缩放。与现有方法相比，处理范例的这种变化将流量方向的估计变为高达73％，并在选择的基准配置上显示出危害最高为1.21 Mevent / s的危害。此吞吐量使实时性能能够实现迄今为止迄今为止最快速的基于活动的事件的光流的实现。

尽管神经网络在计算机视觉任务中取得了成功，但数字“神经元”还是生物神经元的非常松散的近似。当今的学习方法旨在在具有数字数据表示（例如图像帧）的数字设备上运行。相比之下，生物视觉系统通常比最先进的数字计算机视觉算法更有能力和高效。事件摄像机是一种新兴的传感器技术，它以异步射击像素模仿生物学视觉，避免了图像框架的概念。为了利用现代学习技术，许多基于事件的算法被迫将事件累积回图像帧，在某种程度上浪费了事件摄像机的优势。我们遵循相反的范式，并开发一种新型的神经网络，该网络更接近原始事件数据流。我们证明了角速度回归和竞争性光流估计中的最新性能，同时避免了与训练SNN相关的困难。此外，我们所提出的方法的处理延迟小于1/10，而连续推断将这种改进增加了另一个数量级。

作为具有高时间分辨率的生物启发传感器，尖峰摄像机在真实应用中具有巨大的潜力，特别是在高速场景中的运动估计。然而，由于数据模式不同，基于帧的基于事件的方法并不适合从尖峰相机的尖峰流。为此，我们展示，Scflow，一种量身定制的深度学习管道，以估计来自尖峰流的高速场景中的光学流量。重要的是，引入了一种新的输入表示，其可以根据先前运动自适应地从尖峰流中自适应地移除运动模糊。此外，对于训练Scflow，我们为Spiking Camera的两组光学流量数据合成了两组光学流量数据，尖锐的东西和光处理的高速运动，分别表示为乘坐和PHM，对应于随机的高速和精心设计的场景。实验结果表明，SC流程可以预测不同高速场景中的尖峰流的光流。此外，Scflow显示了\真正的尖峰流的有希望的泛化。发布后，所有代码和构造数据集将发布。

上下文最大化（CMAX）是一个框架，可在几个基于事件的计算机视觉任务（例如自我移动或光流估计）上提供最新结果。但是，它可能会遇到一个称为事件崩溃的问题，这是一种不希望的解决方案，其中事件被扭曲成太少的像素。由于先前的工作在很大程度上忽略了这个问题或提议的解决方法，因此必须详细分析这种现象。我们的工作证明了事件以最简单的形式崩溃，并通过使用基于差异几何和物理学的时空变形的第一原理提出了崩溃指标。我们通过实验表明，公开可用的数据集表明，拟议的指标减轻了事件崩溃，并且不会损害良好的扭曲。据我们所知，与其他方法相比，基于提议的指标的正规化器是唯一有效的解决方案，可以防止在考虑的实验环境中发生事件崩溃。我们希望这项工作激发了进一步的研究，以应对更复杂的翘曲模型。

基于事件的摄像机最近由于其不同步捕获时间丰富的信息的能力而显示出高速运动估计的巨大潜力。具有神经启发的事件驱动的处理的尖峰神经网络（SNN）可以有效地处理异步数据，而神经元模型（例如泄漏的综合和火灾（LIF））可以跟踪输入中包含的典型时序信息。 SNN通过在神经元内存中保持动态状态，保留重要信息，同时忘记冗余数据随着时间的推移而实现这一目标。因此，我们认为，与类似大小的模拟神经网络（ANN）相比，SNN将允许在顺序回归任务上更好地性能。但是，由于以后的层消失了，很难训练深SNN。为此，我们提出了一个具有可学习的神经元动力学的自适应完全刺激框架，以减轻尖峰消失的问题。我们在时间（BPTT）中利用基于替代梯度的反向传播来从头开始训练我们的深SNN。我们验证了在多车立体化事件相机（MVSEC）数据集和DSEC-FLOW数据集中的光流估计任务的方法。我们在这些数据集上的实验显示，与最新的ANN相比，平均终点误差（AEE）平均降低了13％。我们还探索了几个缩小的模型，并观察到我们的SNN模型始终超过大小的ANN，提供10％-16％的AEE。这些结果证明了SNN对较小模型的重要性及其在边缘的适用性。在效率方面，与最先进的ANN实施相比，我们的SNN可节省大量的网络参数（48倍）和计算能（51倍），同时获得了〜10％的EPE。

事件摄像机是受生物启发的传感器，在具有挑战性的照明条件下表现良好，并且具有高时间分辨率。但是，他们的概念与传统的基于框架的相机根本不同。事件摄像机的像素独立和不同步。他们测量对数亮度的变化，并以高度离散的时间stamp事件形式返回它们，表明自上次事件以来一定数量的相对变化。需要新的模型和算法来处理这种测量。目前的工作着眼于事件摄像机的几个运动估计问题。事件的流以时空量的一般均应翘曲为模型，并且该目标被提出为扭曲事件图像中对比度的最大化。我们的核心贡献包括针对这些通常非凸的问题得出全球最佳解决方案，从而消除了对困扰现有方法的良好初始猜测的依赖。我们的方法依赖于分支和结合的优化，并采用了针对六个不同的对比度估计函数得出的新颖和高效的递归上限和下限。通过成功应用于三个不同的事件摄像机运动估计问题，我们的方法的实际有效性证明了这一点。

The term ``neuromorphic'' refers to systems that are closely resembling the architecture and/or the dynamics of biological neural networks. Typical examples are novel computer chips designed to mimic the architecture of a biological brain, or sensors that get inspiration from, e.g., the visual or olfactory systems in insects and mammals to acquire information about the environment. This approach is not without ambition as it promises to enable engineered devices able to reproduce the level of performance observed in biological organisms -- the main immediate advantage being the efficient use of scarce resources, which translates into low power requirements. The emphasis on low power and energy efficiency of neuromorphic devices is a perfect match for space applications. Spacecraft -- especially miniaturized ones -- have strict energy constraints as they need to operate in an environment which is scarce with resources and extremely hostile. In this work we present an overview of early attempts made to study a neuromorphic approach in a space context at the European Space Agency's (ESA) Advanced Concepts Team (ACT).

事件摄像机是由生物启发的传感器，比传统摄像机具有优势。它们不同步，用微秒的分辨率对场景进行采样，并产生亮度变化。这种非常规的输出引发了新型的计算机视觉方法，以释放相机的潜力。我们解决了SLAM的基于事件的立体3D重建问题。大多数基于事件的立体声方法都试图利用相机跨相机的高时间分辨率和事件同时性，以建立匹配和估计深度。相比之下，我们研究了如何通过融合有效的单眼方法来融合差异空间图像（DSIS）来估计深度。我们开发融合理论，并将其应用于设计产生最先进结果的多相机3D重建算法，正如我们通过与四种基线方法进行比较并在各种可用数据集上进行测试的确认。

由于它们对运动模糊和在弱光和高动态范围条件下的高度鲁棒性的韧性，事件摄像机有望成为对未来火星直升机任务的基于视觉探索的传感器。但是，现有的基于事件的视觉惯性进程（VIO）算法要么患有高跟踪误差，要么是脆弱的，因为它们无法应对由于无法预料的跟踪损失或其他效果而导致的显着深度不确定性。在这项工作中，我们介绍了EKLT-VIO，该工作通过将基于事件的最新前端与基于过滤器的后端相结合来解决这两种限制。这使得不确定性的准确和强大，超过了基于事件和基于框架的VIO算法在挑战性基准上的算法32％。此外，我们在悬停的条件（胜过现有事件的方法）以及新近收集的类似火星和高动态范围的新序列中表现出准确的性能，而现有的基于框架的方法失败了。在此过程中，我们表明基于事件的VIO是基于视觉的火星探索的前进道路。

Although synthetic aperture imaging (SAI) can achieve the seeing-through effect by blurring out off-focus foreground occlusions while recovering in-focus occluded scenes from multi-view images, its performance is often deteriorated by dense occlusions and extreme lighting conditions. To address the problem, this paper presents an Event-based SAI (E-SAI) method by relying on the asynchronous events with extremely low latency and high dynamic range acquired by an event camera. Specifically, the collected events are first refocused by a Refocus-Net module to align in-focus events while scattering out off-focus ones. Following that, a hybrid network composed of spiking neural networks (SNNs) and convolutional neural networks (CNNs) is proposed to encode the spatio-temporal information from the refocused events and reconstruct a visual image of the occluded targets. Extensive experiments demonstrate that our proposed E-SAI method can achieve remarkable performance in dealing with very dense occlusions and extreme lighting conditions and produce high-quality images from pure events. Codes and datasets are available at https://dvs-whu.cn/projects/esai/.

We learn to compute optical flow by combining a classical spatial-pyramid formulation with deep learning. This estimates large motions in a coarse-to-fine approach by warping one image of a pair at each pyramid level by the current flow estimate and computing an update to the flow. Instead of the standard minimization of an objective function at each pyramid level, we train one deep network per level to compute the flow update. Unlike the recent FlowNet approach, the networks do not need to deal with large motions; these are dealt with by the pyramid. This has several advantages. First, our Spatial Pyramid Network (SPyNet) is much simpler and 96% smaller than FlowNet in terms of model parameters. This makes it more efficient and appropriate for embedded applications. Second, since the flow at each pyramid level is small (< 1 pixel), a convolutional approach applied to pairs of warped images is appropriate. Third, unlike FlowNet, the learned convolution filters appear similar to classical spatio-temporal filters, giving insight into the method and how to improve it. Our results are more accurate than FlowNet on most standard benchmarks, suggesting a new direction of combining classical flow methods with deep learning.1 This, of course, has well-known limitations, which we discuss later.

Compared to regular cameras, Dynamic Vision Sensors or Event Cameras can output compact visual data based on a change in the intensity in each pixel location asynchronously. In this paper, we study the application of current image-based SLAM techniques to these novel sensors. To this end, the information in adaptively selected event windows is processed to form motion-compensated images. These images are then used to reconstruct the scene and estimate the 6-DOF pose of the camera. We also propose an inertial version of the event-only pipeline to assess its capabilities. We compare the results of different configurations of the proposed algorithm against the ground truth for sequences of two publicly available event datasets. We also compare the results of the proposed event-inertial pipeline with the state-of-the-art and show it can produce comparable or more accurate results provided the map estimate is reliable.

避免障碍的广泛范围导致了许多基于计算机视觉的方法。尽管受欢迎，但这不是一个解决问题。使用相机和深度传感器的传统计算机视觉技术通常专注于静态场景，或依赖于障碍物的前沿。生物启发传感器的最新发展将事件相机作为动态场景的引人注目的选择。尽管这些传感器的基于帧的对应物具有许多优点，但是高动态范围和时间分辨率，因此基于事件的感知在很大程度上存在于2D中。这通常导致解决方案依赖于启发式和特定于特定任务。我们表明，在执行障碍物避免时，事件和深度的融合克服了每个单独的模型的故障情况。我们所提出的方法统一事件摄像机和LIDAR流，以估计未经现场几何或障碍物的先验知识的度量对抗。此外，我们还发布了一个基于事件的基于事件的数据集，具有超过700个扫描场景的六个可视流。