Revealing the preference for correcting separated aberrations in joint optic-image design

要約

光学システムと下流アルゴリズムの共同設計は、挑戦的かつ有望な課題です。
イメージング システムの大域最適と物理シミュレーションの計算コストのバランスをとる必要があるため、既存の方法ではスマートフォンやドローンなどの複雑なシステムの効率的な共同設計を実現できません。
この研究では、光学設計の観点から開始して、分離された収差を備えた光学系の特徴を明らかにします。
さらに、勾配なしでハードウェアとソフトウェアを橋渡しするために、広い視野を持つレンズの本物の結像手順を再現する画像シミュレーション システムが提供されます。
収差補正に関しては、空間的に変化する収差を認識して補正するネットワークを提案し、最先端の方法に対するその優位性を検証します。
包括的な実験により、関節設計における分離した収差の補正の優先順位は次のとおりであることが明らかになりました。軸上色収差、倍率色収差、球面収差、像面湾曲、およびコマ収差であり、非点収差が最後になります。
この要望に基づいて、民生用レベルの携帯電話レンズ モジュールの全長の 10% 削減が達成されました。
さらに、この手順により、製造上のばらつきに対してより多くのスペースが確保され、コンピューテーショナル フォトグラフィーの品質が大幅に向上します。
最適化パラダイムは、洗練された光学システムと後処理アルゴリズムの実用的な結合設計に対する革新的な洞察を提供します。

要約(オリジナル)

The joint design of the optical system and the downstream algorithm is a challenging and promising task. Due to the demand for balancing the global optimal of imaging systems and the computational cost of physical simulation, existing methods cannot achieve efficient joint design of complex systems such as smartphones and drones. In this work, starting from the perspective of the optical design, we characterize the optics with separated aberrations. Additionally, to bridge the hardware and software without gradients, an image simulation system is presented to reproduce the genuine imaging procedure of lenses with large field-of-views. As for aberration correction, we propose a network to perceive and correct the spatially varying aberrations and validate its superiority over state-of-the-art methods. Comprehensive experiments reveal that the preference for correcting separated aberrations in joint design is as follows: longitudinal chromatic aberration, lateral chromatic aberration, spherical aberration, field curvature, and coma, with astigmatism coming last. Drawing from the preference, a 10% reduction in the total track length of the consumer-level mobile phone lens module is accomplished. Moreover, this procedure spares more space for manufacturing deviations, realizing extreme-quality enhancement of computational photography. The optimization paradigm provides innovative insight into the practical joint design of sophisticated optical systems and post-processing algorithms.

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