The non- parametric sub-pixel local point spread function estimation is a well posed problem

Most medium to high quality digital cameras (DSLRs) acquire images at a spatial rate which is several times below the ideal Nyquist rate. For this reason only aliased versions of the cameral point-spreadfunction (psf) can be directly observed. Yet, it can be recovered, at a sub-pixel resolution, by a numerical method. Since the acquisition system is only locally stationary, this psf estimation must be local. This paper presents a theoretical study proving that the sub-pixel psf estimation problem is well-posed even with a single well chosen observation. Indeed, theoretical bounds show that a near-optimal accuracy can be achieved with a calibration pattern mimicking a Bernoulli(0.5) random noise. The physical realization of this psf estimation method is demonstrated in many comparative experiments. They use an algorithm estimating accurately the pattern position and its illumination conditions. Once this accurate registration is obtained, the local psf can be directly computed by inverting a well conditioned linear system. The psf estimates reach stringent accuracy levels with a relative error in the order of 2-5%. To the best of our knowledge, such a regularization free and model-free sub-pixel psf estimation scheme is the first of its kind

A multisensor SLAM for dense maps of large scale environments under poor lighting conditions

This thesis describes the development and implementation of a multisensor large scale autonomous mapping system for surveying tasks in underground mines. The hazardous nature of the underground mining industry has resulted in a push towards autonomous solutions to the most dangerous operations, including surveying tasks. Many existing autonomous mapping techniques rely on approaches to the Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) problem which are not suited to the extreme characteristics of active underground mining environments. Our proposed multisensor system has been designed from the outset to address the unique challenges associated with underground SLAM. The robustness, self-containment and portability of the system maximize the potential applications.The multisensor mapping solution proposed as a result of this work is based on a fusion of omnidirectional bearing-only vision-based localization and 3D laser point cloud registration. By combining these two SLAM techniques it is possible to achieve some of the advantages of both approaches – the real-time attributes of vision-based SLAM and the dense, high precision maps obtained through 3D lasers. The result is a viable autonomous mapping solution suitable for application in challenging underground mining environments.A further improvement to the robustness of the proposed multisensor SLAM system is a consequence of incorporating colour information into vision-based localization. Underground mining environments are often dominated by dynamic sources of illumination which can cause inconsistent feature motion during localization. Colour information is utilized to identify and remove features resulting from illumination artefacts and to improve the monochrome based feature matching between frames.Finally, the proposed multisensor mapping system is implemented and evaluated in both above ground and underground scenarios. The resulting large scale maps contained a maximum offset error of ±30mm for mapping tasks with lengths over 100m

Advanced Calibration of Automotive Augmented Reality Head-Up Displays = Erweiterte Kalibrierung von Automotiven Augmented Reality-Head-Up-Displays

In dieser Arbeit werden fortschrittliche Kalibrierungsmethoden für Augmented-Reality-Head-up-Displays (AR-HUDs) in Kraftfahrzeugen vorgestellt, die auf parametrischen perspektivischen Projektionen und nichtparametrischen Verzerrungsmodellen basieren. Die AR-HUD-Kalibrierung ist wichtig, um virtuelle Objekte in relevanten Anwendungen wie z.B. Navigationssystemen oder Parkvorgängen korrekt zu platzieren. Obwohl es im Stand der Technik einige nützliche Ansätze für dieses Problem gibt, verfolgt diese Dissertation das Ziel, fortschrittlichere und dennoch weniger komplizierte Ansätze zu entwickeln. Als Voraussetzung für die Kalibrierung haben wir mehrere relevante Koordinatensysteme definiert, darunter die dreidimensionale (3D) Welt, den Ansichtspunkt-Raum, den HUD-Sichtfeld-Raum (HUD-FOV) und den zweidimensionalen (2D) virtuellen Bildraum. Wir beschreiben die Projektion der Bilder von einem AR-HUD-Projektor in Richtung der Augen des Fahrers als ein ansichtsabhängiges Lochkameramodell, das aus intrinsischen und extrinsischen Matrizen besteht. Unter dieser Annahme schätzen wir zunächst die intrinsische Matrix unter Verwendung der Grenzen des HUD-Sichtbereichs. Als nächstes kalibrieren wir die extrinsischen Matrizen an verschiedenen Blickpunkten innerhalb einer ausgewählten "Eyebox" unter Berücksichtigung der sich ändernden Augenpositionen des Fahrers. Die 3D-Positionen dieser Blickpunkte werden von einer Fahrerkamera verfolgt. Für jeden einzelnen Blickpunkt erhalten wir eine Gruppe von 2D-3D-Korrespondenzen zwischen einer Menge Punkten im virtuellen Bildraum und ihren übereinstimmenden Kontrollpunkten vor der Windschutzscheibe. Sobald diese Korrespondenzen verfügbar sind, berechnen wir die extrinsische Matrix am entsprechenden Betrachtungspunkt. Durch Vergleichen der neu projizierten und realen Pixelpositionen dieser virtuellen Punkte erhalten wir eine 2D-Verteilung von Bias-Vektoren, mit denen wir Warping-Karten rekonstruieren, welche die Informationen über die Bildverzerrung enthalten. Für die Vollständigkeit wiederholen wir die obigen extrinsischen Kalibrierungsverfahren an allen ausgewählten Betrachtungspunkten. Mit den kalibrierten extrinsischen Parametern stellen wir die Betrachtungspunkte wieder her im Weltkoordinatensystem. Da wir diese Punkte gleichzeitig im Raum der Fahrerkamera verfolgen, kalibrieren wir weiter die Transformation von der Fahrerkamera in den Weltraum unter Verwendung dieser 3D-3D-Korrespondenzen. Um mit nicht teilnehmenden Betrachtungspunkten innerhalb der Eyebox umzugehen, erhalten wir ihre extrinsischen Parameter und Warping-Karten durch nichtparametrische Interpolationen. Unsere Kombination aus parametrischen und nichtparametrischen Modellen übertrifft den Stand der Technik hinsichtlich der Zielkomplexität sowie Zeiteffizienz, während wir eine vergleichbare Kalibrierungsgenauigkeit beibehalten. Bei allen unseren Kalibrierungsschemen liegen die Projektionsfehler in der Auswertungsphase bei einer Entfernung von 7,5 Metern innerhalb weniger Millimeter, was einer Winkelgenauigkeit von ca. 2 Bogenminuten entspricht, was nahe am Auflösungvermögen des Auges liegt

Computational Imaging Approach to Recovery of Target Coordinates Using Orbital Sensor Data

This dissertation addresses the components necessary for simulation of an image-based recovery of the position of a target using orbital image sensors. Each component is considered in detail, focusing on the effect that design choices and system parameters have on the accuracy of the position estimate. Changes in sensor resolution, varying amounts of blur, differences in image noise level, selection of algorithms used for each component, and lag introduced by excessive processing time all contribute to the accuracy of the result regarding recovery of target coordinates using orbital sensor data. Using physical targets and sensors in this scenario would be cost-prohibitive in the exploratory setting posed, therefore a simulated target path is generated using Bezier curves which approximate representative paths followed by the targets of interest. Orbital trajectories for the sensors are designed on an elliptical model representative of the motion of physical orbital sensors. Images from each sensor are simulated based on the position and orientation of the sensor, the position of the target, and the imaging parameters selected for the experiment (resolution, noise level, blur level, etc.). Post-processing of the simulated imagery seeks to reduce noise and blur and increase resolution. The only information available for calculating the target position by a fully implemented system are the sensor position and orientation vectors and the images from each sensor. From these data we develop a reliable method of recovering the target position and analyze the impact on near-realtime processing. We also discuss the influence of adjustments to system components on overall capabilities and address the potential system size, weight, and power requirements from realistic implementation approaches

Astigmatism and Pseudoaccommodation in Pseudophakic Eyes

noAdvanced IOLs with circumferential zones of different power provide pseudoaccommodation. We investigated the potential for power variation with meridian, namely astigmatism, to provide pseudo-accommodation. With appropriate power and axis orientations, acceptable pseudo-accommodation can be achieved