Universal Demosaicking of Color Filter Arrays

A large number of color filter arrays (CFAs), periodic or aperiodic, have been proposed. To reconstruct images from all different CFAs and compare their imaging quality, a universal demosaicking method is needed. This paper proposes a new universal demosaicking method based on inter-pixel chrominance capture and optimal demosaicking transformation. It skips the commonly used step to estimate the luminance component at each pixel, and thus, avoids the associated estimation error. Instead, we directly use the acquired CFA color intensity at each pixel as an input component. Two independent chrominance components are estimated at each pixel based on the interpixel chrominance in the window, which is captured with the difference of CFA color values between the pixel of interest and its neighbors. Two mechanisms are employed for the accurate estimation: distance-related and edge-sensing weighting to reflect the confidence levels of the inter-pixel chrominance components, and pseudoinverse-based estimation from the components in a window. Then from the acquired CFA color component and two estimated chrominance components, the three primary colors are reconstructed by a linear color transform, which is optimized for the least transform error. Our experiments show that the proposed method is much better than other published universal demosaicking methods.National Key Basic Research Project of China (973 Program) [2015CB352303, 2011CB302400]; National Natural Science Foundation (NSF) of China [61071156, 61671027]SCI(E)[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]

PlenoptiCam v1.0: A light-field imaging framework

This is an accepted manuscript of an article published by IEEE in IEEE Transactions on Image Processing on 19/07/2021. Available online: https://doi.org/10.1109/TIP.2021.3095671 The accepted version of the publication may differ from the final published version.Light-field cameras play a vital role for rich 3-D information retrieval in narrow range depth sensing applications. The key obstacle in composing light-fields from exposures taken by a plenoptic camera is to computationally calibrate, re-align and rearrange four-dimensional image data. Several attempts have been proposed to enhance the overall image quality by tailoring pipelines dedicated to particular plenoptic cameras and improving the color consistency across viewpoints at the expense of high computational loads. The framework presented herein advances prior outcomes thanks to its cost-effective color equalization from parallax-invariant probability distribution transfers and a novel micro image scale-space analysis for generic camera calibration independent of the lens specifications. Our framework compensates for artifacts from the sensor and micro lens grid in an innovative way to enable superior quality in sub-aperture image extraction, computational refocusing and Scheimpflug rendering with sub-sampling capabilities. Benchmark comparisons using established image metrics suggest that our proposed pipeline outperforms state-of-the-art tool chains in the majority of cases. The algorithms described in this paper are released under an open-source license, offer cross-platform compatibility with few dependencies and a graphical user interface. This makes the reproduction of results and experimentation with plenoptic camera technology convenient for peer researchers, developers, photographers, data scientists and others working in this field

Reconstruction from Spatio-Spectrally Coded Multispectral Light Fields

In this work, spatio-spectrally coded multispectral light fields, as taken by a light field camera with a spectrally coded microlens array, are investigated. For the reconstruction of the coded light fields, two methods, one based on the principles of compressed sensing and one deep learning approach, are developed. Using novel synthetic as well as a real-world datasets, the proposed reconstruction approaches are evaluated in detail

Reconstruction from Spatio-Spectrally Coded Multispectral Light Fields

In dieser Arbeit werden spektral kodierte multispektrale Lichtfelder untersucht, wie sie von einer Lichtfeldkamera mit einem spektral kodierten Mikrolinsenarray aufgenommen werden. Für die Rekonstruktion der kodierten Lichtfelder werden zwei Methoden entwickelt, eine basierend auf den Prinzipien des Compressed Sensing sowie eine Deep Learning Methode. Anhand neuartiger synthetischer und realer Datensätze werden die vorgeschlagenen Rekonstruktionsansätze im Detail evaluiert

Reconstruction from Spatio-Spectrally Coded Multispectral Light Fields

In dieser Arbeit werden spektral codierte multispektrale Lichtfelder, wie sie von einer Lichtfeldkamera mit einem spektral codierten Mikrolinsenarray aufgenommen werden, untersucht. Für die Rekonstruktion der codierten Lichtfelder werden zwei Methoden entwickelt und im Detail ausgewertet. Zunächst wird eine vollständige Rekonstruktion des spektralen Lichtfelds entwickelt, die auf den Prinzipien des Compressed Sensing basiert. Um die spektralen Lichtfelder spärlich darzustellen, werden 5D-DCT-Basen sowie ein Ansatz zum Lernen eines Dictionary untersucht. Der konventionelle vektorisierte Dictionary-Lernansatz wird auf eine tensorielle Notation verallgemeinert, um das Lichtfeld-Dictionary tensoriell zu faktorisieren. Aufgrund der reduzierten Anzahl von zu lernenden Parametern ermöglicht dieser Ansatz größere effektive Atomgrößen. Zweitens wird eine auf Deep Learning basierende Rekonstruktion der spektralen Zentralansicht und der zugehörigen Disparitätskarte aus dem codierten Lichtfeld entwickelt. Dabei wird die gewünschte Information direkt aus den codierten Messungen geschätzt. Es werden verschiedene Strategien des entsprechenden Multi-Task-Trainings verglichen. Um die Qualität der Rekonstruktion weiter zu verbessern, wird eine neuartige Methode zur Einbeziehung von Hilfslossfunktionen auf der Grundlage ihrer jeweiligen normalisierten Gradientenähnlichkeit entwickelt und gezeigt, dass sie bisherige adaptive Methoden übertrifft. Um die verschiedenen Rekonstruktionsansätze zu trainieren und zu bewerten, werden zwei Datensätze erstellt. Zunächst wird ein großer synthetischer spektraler Lichtfelddatensatz mit verfügbarer Disparität Ground Truth unter Verwendung eines Raytracers erstellt. Dieser Datensatz, der etwa 100k spektrale Lichtfelder mit dazugehöriger Disparität enthält, wird in einen Trainings-, Validierungs- und Testdatensatz aufgeteilt. Um die Qualität weiter zu bewerten, werden sieben handgefertigte Szenen, so genannte Datensatz-Challenges, erstellt. Schließlich wird ein realer spektraler Lichtfelddatensatz mit einer speziell angefertigten spektralen Lichtfeldreferenzkamera aufgenommen. Die radiometrische und geometrische Kalibrierung der Kamera wird im Detail besprochen. Anhand der neuen Datensätze werden die vorgeschlagenen Rekonstruktionsansätze im Detail bewertet. Es werden verschiedene Codierungsmasken untersucht -- zufällige, reguläre, sowie Ende-zu-Ende optimierte Codierungsmasken, die mit einer neuartigen differenzierbaren fraktalen Generierung erzeugt werden. Darüber hinaus werden weitere Untersuchungen durchgeführt, zum Beispiel bezüglich der Abhängigkeit von Rauschen, der Winkelauflösung oder Tiefe. Insgesamt sind die Ergebnisse überzeugend und zeigen eine hohe Rekonstruktionsqualität. Die Deep-Learning-basierte Rekonstruktion, insbesondere wenn sie mit adaptiven Multitasking- und Hilfslossstrategien trainiert wird, übertrifft die Compressed-Sensing-basierte Rekonstruktion mit anschließender Disparitätsschätzung nach dem Stand der Technik

Recent Advances in Image Restoration with Applications to Real World Problems

In the past few decades, imaging hardware has improved tremendously in terms of resolution, making widespread usage of images in many diverse applications on Earth and planetary missions. However, practical issues associated with image acquisition are still affecting image quality. Some of these issues such as blurring, measurement noise, mosaicing artifacts, low spatial or spectral resolution, etc. can seriously affect the accuracy of the aforementioned applications. This book intends to provide the reader with a glimpse of the latest developments and recent advances in image restoration, which includes image super-resolution, image fusion to enhance spatial, spectral resolution, and temporal resolutions, and the generation of synthetic images using deep learning techniques. Some practical applications are also included

Reconstruction from Spatio-Spectrally Coded Multispectral Light Fields

In this work, spatio-spectrally coded multispectral light fields, as taken by a light field camera with a spectrally coded microlens array, are investigated. For the reconstruction of the coded light fields, two methods, one based on the principles of compressed sensing and one deep learning approach, are developed. Using novel synthetic as well as a real-world datasets, the proposed reconstruction approaches are evaluated in detail