Refractive Structure-from-Motion on Underwater Images

In underwater environments, cameras need to be confined in an underwater housing, viewing the scene through a piece of glass. In case of flat port underwater housings, light rays entering the camera housing are refracted twice, due to different medium densities of water, glass, and air. This causes the usually linear rays of light to bend and the commonly used pinhole camera model to be invalid. When using the pinhole camera model without explicitly modeling refraction in Structure-from-Motion (SfM) methods, a systematic model error occurs. Therefore, in this paper, we propose a system for computing camera path and 3D points with explicit incorporation of refraction using new methods for pose estimation. Additionally, a new error function is introduced for non-linear optimization, especially bundle adjustment. The proposed method allows to increase reconstruction accuracy and is evaluated in a set of experiments, where the proposed method’s performance is compared to SfM with the perspective camera model. 1

Refractive Plane Sweep for Underwater Images

Abstract. In underwater imaging, refraction changes the geometry of image formation, causing the perspective camera model to be invalid. Hence, a systematic model error occurs when computing 3D models using the perspective camera model. This paper deals with the problem of computing dense depth maps of underwater scenes with explicit incorporation of refraction of light at the underwater housing. It is assumed that extrinsic, intrinsic, and housing parameters have been calibrated for all cameras. Due to the refractive camera’s characteristics it is not possible to directly apply epipolar geometry or rectification to images because the single-view-point model and, consequently, homographies are invalid. Additionally, the projection of 3D points into the camera cannot be computed efficiently, but requires solving a 12 th degree polynomial. Therefore, the method proposed is an adapted plane sweep algorithm that is based on the idea of back-projecting rays for each pixel and view onto the 3D-hypothesis planes using the GPU. This allows to efficiently warp all images onto the plane, where they can be compared. Consequently, projections of 3D points and homographies are not utilized.

Aquatische Optische Technologien in Deutschland

Optische Technologien und Verfahren sind sowohl in der limnischen als auch marinen Forschung Deutschlands über alle Bereiche und Skalen etabliert und entwickeln sich rasant weiter. Die Arbeitsgruppe „Aquatische Optische Technologien“ (AOT) will Forschern und Anwendern eine Plattform bieten, die Wissenstransfer fördert, der nationalen Entwicklergemeinschaft ein synergistisches Umfeld eröffnet und die internationale Sichtbarkeit der deutschen Aktivitäten in diesem Forschungsfeld erhöht. Diese Zusammenfassung dokumentiert erstmalig die AOT-Verfahren und -Technologien, die von nationalen Forschungsinstitutionen eingesetzt werden. Wir erwarten, dass die Dokumentation einen Trend in Richtung institutsübergreifender Harmonisierung initiiert. Dies wird die Etablierung offener Standards, eine Verbesserung im Zugang zu Dokumentationen und gegenseitige technischer Hilfestellung bei (System-) Integrationen ermöglichen. Effizienz und Leistungsfähigkeit der AOT-Entwicklung und Anwendung auf nationaler Ebene werden von diesen Bestrebungen profitieren. Weitere Arbeitsgruppen und Entwickler werden ausdrücklich ermutigt, Kontakt aufzunehmen, um in einer späteren Auflage berücksichtigt zu werden