The Proca Field in Curved Spacetimes and its Zero Mass Limit

We investigate the classical and quantum Proca field (a massive vector potential) of mass $m>0$ in arbitrary globally hyperbolic spacetimes and in the presence of external sources. We motivate a notion of continuity in the mass for families of observables $\left\{O_m\right\}_{m>0}$ and we investigate the massless limit $m\to0$. Our limiting procedure is local and covariant and it does not require a choice of reference state. We find that the limit exists only on a subset of observables, which automatically implements a gauge equivalence on the massless vector potential. For topologically non-trivial spacetimes, one may consider several inequivalent choices of gauge equivalence and our procedure selects the one which is expected from considerations involving the Aharonov-Bohm effect and Gauss' law. We note that the limiting theory does not automatically reproduce Maxwell's equation, but it can be imposed consistently when the external current is conserved. To recover the correct Maxwell dynamics from the limiting procedure would require an additional control on limits of states. We illustrate this only in the classical case, where the dynamics is recovered when the Lorenz constraint remains well behaved in the limit.Comment: 35 page

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 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

A Multispectral Light Field Dataset and Framework for Light Field Deep Learning

Deep learning undoubtedly has had a huge impact on the computer vision community in recent years. In light field imaging, machine learning-based applications have significantly outperformed their conventional counterparts. Furthermore, multi- and hyperspectral light fields have shown promising results in light field-related applications such as disparity or shape estimation. Yet, a multispectral light field dataset, enabling data-driven approaches, is missing. Therefore, we propose a new synthetic multispectral light field dataset with depth and disparity ground truth. The dataset consists of a training, validation and test dataset, containing light fields of randomly generated scenes, as well as a challenge dataset rendered from hand-crafted scenes enabling detailed performance assessment. Additionally, we present a Python framework for light field deep learning. The goal of this framework is to ensure reproducibility of light field deep learning research and to provide a unified platform to accelerate the development of new architectures. The dataset is made available under dx.doi.org/10.21227/y90t-xk47 . The framework is maintained at gitlab.com/iiit-public/lfcnn

Microlens array grid estimation, light field decoding, and calibration

We quantitatively investigate multiple algorithms for microlens array grid estimation for microlens array-based light field cameras. Explicitly taking into account natural and mechanical vignetting effects, we propose a new method for microlens array grid estimation that outperforms the ones previously discussed in the literature. To quantify the performance of the algorithms, we propose an evaluation pipeline utilizing application-specific ray-traced white images with known microlens positions. Using a large dataset of synthesized white images, we thoroughly compare the performance of the different estimation algorithms. As an example, we apply our results to the decoding and calibration of light fields taken with a Lytro Illum camera. We observe that decoding as well as calibration benefit from a more accurate, vignetting-aware grid estimation, especially in peripheral subapertures of the light field.Comment: \copyright 2020 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other work

Algorithms for microlens center detection

Abstract We investigate four algorithms for microlens center detection, two of which have not been previously discussed in the literature. Using a physical approach, we create a set of 81 synthetic white images with known microlens center coordinates. Applying the different detection algorithms to the synthetic white images, we are able to quantitatively evaluate their respective performance in terms of accuracy, precision and recall. Overall, the proposed methods outperform the ones that have been previously published