End-to-end optimization of optics and image processing for achromatic extended depth of field and super-resolution imaging

消色差透镜 计算机科学 光学 图像处理 景深 计算机视觉 图像分辨率 人工智能 算法 物理 图像(数学)
作者
Vincent Sitzmann,Steven Diamond,Yifan Peng,Xiong Dun,Stephen Boyd,Wolfgang Heidrich,Felix Heide,Gordon Wetzstein
出处
期刊:ACM Transactions on Graphics [Association for Computing Machinery]
卷期号:37 (4): 1-13 被引量:389
标识
DOI:10.1145/3197517.3201333
摘要

In typical cameras the optical system is designed first; once it is fixed, the parameters in the image processing algorithm are tuned to get good image reproduction. In contrast to this sequential design approach, we consider joint optimization of an optical system (for example, the physical shape of the lens) together with the parameters of the reconstruction algorithm. We build a fully-differentiable simulation model that maps the true source image to the reconstructed one. The model includes diffractive light propagation, depth and wavelength-dependent effects, noise and nonlinearities, and the image post-processing. We jointly optimize the optical parameters and the image processing algorithm parameters so as to minimize the deviation between the true and reconstructed image, over a large set of images. We implement our joint optimization method using autodifferentiation to efficiently compute parameter gradients in a stochastic optimization algorithm. We demonstrate the efficacy of this approach by applying it to achromatic extended depth of field and snapshot super-resolution imaging.
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