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 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 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

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

Coherent, super resolved radar beamforming using self-supervised learning

High resolution automotive radar sensors are required in order to meet the high bar of autonomous vehicles needs and regulations. However, current radar systems are limited in their angular resolution causing a technological gap. An industry and academic trend to improve angular resolution by increasing the number of physical channels, also increases system complexity, requires sensitive calibration processes, lowers robustness to hardware malfunctions and drives higher costs. We offer an alternative approach, named Radar signal Reconstruction using Self Supervision (R2-S2), which significantly improves the angular resolution of a given radar array without increasing the number of physical channels. R2-S2 is a family of algorithms which use a Deep Neural Network (DNN) with complex range-Doppler radar data as input and trained in a self-supervised method using a loss function which operates in multiple data representation spaces. Improvement of 4x in angular resolution was demonstrated using a real-world dataset collected in urban and highway environments during clear and rainy weather conditions.Comment: 28 pages 10 figure

Emerging Approaches for THz Array Imaging: A Tutorial Review and Software Tool

Accelerated by the increasing attention drawn by 5G, 6G, and Internet of Things applications, communication and sensing technologies have rapidly evolved from millimeter-wave (mmWave) to terahertz (THz) in recent years. Enabled by significant advancements in electromagnetic (EM) hardware, mmWave and THz frequency regimes spanning 30 GHz to 300 GHz and 300 GHz to 3000 GHz, respectively, can be employed for a host of applications. The main feature of THz systems is high-bandwidth transmission, enabling ultra-high-resolution imaging and high-throughput communications; however, challenges in both the hardware and algorithmic arenas remain for the ubiquitous adoption of THz technology. Spectra comprising mmWave and THz frequencies are well-suited for synthetic aperture radar (SAR) imaging at sub-millimeter resolutions for a wide spectrum of tasks like material characterization and nondestructive testing (NDT). This article provides a tutorial review of systems and algorithms for THz SAR in the near-field with an emphasis on emerging algorithms that combine signal processing and machine learning techniques. As part of this study, an overview of classical and data-driven THz SAR algorithms is provided, focusing on object detection for security applications and SAR image super-resolution. We also discuss relevant issues, challenges, and future research directions for emerging algorithms and THz SAR, including standardization of system and algorithm benchmarking, adoption of state-of-the-art deep learning techniques, signal processing-optimized machine learning, and hybrid data-driven signal processing algorithms...Comment: Submitted to Proceedings of IEE