Differentiable Compound Optics and Processing Pipeline Optimization for End-to-end Camera Design
Notice bibliographique
Résumé
Most modern commodity imaging systems we use directly for photography—or indirectly rely on for downstream applications—employ optical systems of multiple lenses that must balance deviations from perfect optics, manufacturing constraints, tolerances, cost, and footprint. Although optical designs often have complex interactions with downstream image processing or analysis tasks, today’s compound optics are designed in isolation from these interactions. Existing optical design tools aim to minimize optical aberrations, such as deviations from Gauss’ linear model of optics, instead of application-specific losses, precluding joint optimization with hardware image signal processing (ISP) and highly parameterized neural network processing. In this article, we propose an optimization method for compound optics that lifts these limitations. We optimize entire lens systems jointly with hardware and software image processing pipelines, downstream neural network processing, and application-specific end-to-end losses. To this end, we propose a learned, differentiable forward model for compound optics and an alternating proximal optimization method that handles function compositions with highly varying parameter dimensions for optics, hardware ISP, and neural nets. Our method integrates seamlessly atop existing optical design tools, such as Zemax . We can thus assess our method across many camera system designs and end-to-end applications. We validate our approach in an automotive camera optics setting—together with hardware ISP post processing and detection—outperforming classical optics designs for automotive object detection and traffic light state detection. For human viewing tasks, we optimize optics and processing pipelines for dynamic outdoor scenarios and dynamic low-light imaging. We outperform existing compartmentalized design or fine-tuning methods qualitatively and quantitatively, across all domain-specific applications tested.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».