Low-Cost Compressive Sensing for Color Video and Depth

A simple and inexpensive (low-power and low-bandwidth) modification is made to a conventional off-the-shelf color video camera, from which we recover {multiple} color frames for each of the original measured frames, and each of the recovered frames can be focused at a different depth. The recovery of multiple frames for each measured frame is made possible via high-speed coding, manifested via translation of a single coded aperture; the inexpensive translation is constituted by mounting the binary code on a piezoelectric device. To simultaneously recover depth information, a {liquid} lens is modulated at high speed, via a variable voltage. Consequently, during the aforementioned coding process, the liquid lens allows the camera to sweep the focus through multiple depths. In addition to designing and implementing the camera, fast recovery is achieved by an anytime algorithm exploiting the group-sparsity of wavelet/DCT coefficients.Comment: 8 pages, CVPR 201

Digital Image Access & Retrieval

The 33th Annual Clinic on Library Applications of Data Processing, held at the University of Illinois at Urbana-Champaign in March of 1996, addressed the theme of "Digital Image Access & Retrieval." The papers from this conference cover a wide range of topics concerning digital imaging technology for visual resource collections. Papers covered three general areas: (1) systems, planning, and implementation; (2) automatic and semi-automatic indexing; and (3) preservation with the bulk of the conference focusing on indexing and retrieval.published or submitted for publicatio

Development Of A High Performance Mosaicing And Super-Resolution Algorithm

In this dissertation, a high-performance mosaicing and super-resolution algorithm is described. The scale invariant feature transform (SIFT)-based mosaicing algorithm builds an initial mosaic which is iteratively updated by the robust super resolution algorithm to achieve the final high-resolution mosaic. Two different types of datasets are used for testing: high altitude balloon data and unmanned aerial vehicle data. To evaluate our algorithm, five performance metrics are employed: mean square error, peak signal to noise ratio, singular value decomposition, slope of reciprocal singular value curve, and cumulative probability of blur detection. Extensive testing shows that the proposed algorithm is effective in improving the captured aerial data and the performance metrics are accurate in quantifying the evaluation of the algorithm

Novel image processing algorithms and methods for improving their robustness and operational performance

Image processing algorithms have developed rapidly in recent years. Imaging functions are becoming more common in electronic devices, demanding better image quality, and more robust image capture in challenging conditions. Increasingly more complicated algorithms are being developed in order to achieve better signal to noise characteristics, more accurate colours, and wider dynamic range, in order to approach the human visual system performance levels. [Continues.

A low complexity image compression algorithm for Bayer color filter array

Digital image in their raw form requires an excessive amount of storage capacity. Image compression is a process of reducing the cost of storage and transmission of image data. The compression algorithm reduces the file size so that it requires less storage or transmission bandwidth. This work presents a new color transformation and compression algorithm for the Bayer color filter array (CFA) images. In a full color image, each pixel contains R, G, and B components. A CFA image contains single channel information in each pixel position, demosaicking is required to construct a full color image. For each pixel, demosaicking constructs the missing two-color information by using information from neighbouring pixels. After demosaicking, each pixel contains R, G, and B information, and a full color image is constructed. Conventional CFA compression occurs after the demosaicking. However, the Bayer CFA image can be compressed before demosaicking which is called compression-first method, and the algorithm proposed in this research follows the compression-first or direct compression method. The compression-first method applies the compression algorithm directly onto the CFA data and shifts demosaicking to the other end of the transmission and storage process. The advantage of the compression-first method is that it requires three time less transmission bandwidth for each pixel than conventional compression. Compression-first method of CFA data produces spatial redundancy, artifacts, and false high frequencies. The process requires a color transformation with less correlation among the color components than that Bayer RGB color space. This work analyzes correlation coefficient, standard deviation, entropy, and intensity range of the Bayer RGB color components. The analysis provides two efficient color transformations in terms of features of color transformation. The proposed color components show lesser correlation coefficient than occurs with the Bayer RGB color components. Color transformations reduce both the spatial and spectral redundancies of the Bayer CFA image. After color transformation, the components are independently encoded using differential pulse-code modulation (DPCM) in raster order fashion. The residue error of DPCM is mapped to a positive integer for the adaptive Golomb rice code. The compression algorithm includes both the adaptive Golomb rice and Unary coding to generate bit stream. Extensive simulation analysis is performed on both simulated CFA and real CFA datasets. This analysis is extended for the WCE (wireless capsule endoscopic) images. The compression algorithm is also realized with a simulated WCE CFA dataset. The results show that the proposed algorithm requires less bits per pixel than the conventional CFA compression. The algorithm also outperforms recent works on CFA compression algorithms for both real and simulated CFA datasets

Construction de mosaïques de super-résolution à partir de la vidéo de basse résolution. Application au résumé vidéo et la dissimulation d'erreurs de transmission.

La numérisation des vidéos existantes ainsi que le développement explosif des services multimédia par des réseaux comme la diffusion de la télévision numérique ou les communications mobiles ont produit une énorme quantité de vidéos compressées. Ceci nécessite des outils d’indexation et de navigation efficaces, mais une indexation avant l’encodage n’est pas habituelle. L’approche courante est le décodage complet des ces vidéos pour ensuite créer des indexes. Ceci est très coûteux et par conséquent non réalisable en temps réel. De plus, des informations importantes comme le mouvement, perdus lors du décodage, sont reestimées bien que déjà présentes dans le flux comprimé. Notre but dans cette thèse est donc la réutilisation des données déjà présents dans le flux comprimé MPEG pour l’indexation et la navigation rapide. Plus précisément, nous extrayons des coefficients DC et des vecteurs de mouvement. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes en particulier intéressés à la construction de mosaïques à partir des images DC extraites des images I. Une mosaïque est construite par recalage et fusion de toutes les images d’une séquence vidéo dans un seul système de coordonnées. Ce dernier est en général aligné avec une des images de la séquence : l’image de référence. Il en résulte une seule image qui donne une vue globale de la séquence. Ainsi, nous proposons dans cette thèse un système complet pour la construction des mosaïques à partir du flux MPEG-1/2 qui tient compte de différentes problèmes apparaissant dans des séquences vidéo réeles, comme par exemple des objets en mouvment ou des changements d’éclairage. Une tâche essentielle pour la construction d’une mosaïque est l’estimation de mouvement entre chaque image de la séquence et l’image de référence. Notre méthode se base sur une estimation robuste du mouvement global de la caméra à partir des vecteurs de mouvement des images P. Cependant, le mouvement global de la caméra estimé pour une image P peut être incorrect car il dépend fortement de la précision des vecteurs encodés. Nous détectons les images P concernées en tenant compte des coefficients DC de l’erreur encodée associée et proposons deux méthodes pour corriger ces mouvements. Unemosaïque construite à partir des images DC a une résolution très faible et souffre des effets d’aliasing dus à la nature des images DC. Afin d’augmenter sa résolution et d’améliorer sa qualité visuelle, nous appliquons une méthode de super-résolution basée sur des rétro-projections itératives. Les méthodes de super-résolution sont également basées sur le recalage et la fusion des images d’une séquence vidéo, mais sont accompagnées d’une restauration d’image. Dans ce cadre, nous avons développé une nouvelleméthode d’estimation de flou dû au mouvement de la caméra ainsi qu’une méthode correspondante de restauration spectrale. La restauration spectrale permet de traiter le flou globalement, mais, dans le cas des obvi jets ayant un mouvement indépendant du mouvement de la caméra, des flous locaux apparaissent. C’est pourquoi, nous proposons un nouvel algorithme de super-résolution dérivé de la restauration spatiale itérative de Van Cittert et Jansson permettant de restaurer des flous locaux. En nous basant sur une segmentation d’objets en mouvement, nous restaurons séparément lamosaïque d’arrière-plan et les objets de l’avant-plan. Nous avons adapté notre méthode d’estimation de flou en conséquence. Dans une premier temps, nous avons appliqué notre méthode à la construction de résumé vidéo avec pour l’objectif la navigation rapide par mosaïques dans la vidéo compressée. Puis, nous établissions comment la réutilisation des résultats intermédiaires sert à d’autres tâches d’indexation, notamment à la détection de changement de plan pour les images I et à la caractérisation dumouvement de la caméra. Enfin, nous avons exploré le domaine de la récupération des erreurs de transmission. Notre approche consiste en construire une mosaïque lors du décodage d’un plan ; en cas de perte de données, l’information manquante peut être dissimulée grace à cette mosaïque