Reasoning about 3D scenes from their 2D image projections is one of the core problems in computer vision. Solutions to this inverse and ill-posed problem typically involve a search for models that best explain observed image data. Notably, images depend both on the properties of observed scenes and on the process of image formation. Hence, if optimization techniques should be used to explain images, it is crucial to design differentiable functions for the projection of 3D scenes into images, also known as differentiable rendering. Previous approaches to differentiable rendering typically replace non-differentiable operations by smooth approximations, impacting the subsequent 3D estimation. In this paper, we take a more general approach and study differentiable renderers through the prism of randomized optimization and the related notion of perturbed optimizers. In particular, our work highlights the link between some well-known differentiable renderer formulations and randomly smoothed optimizers, and introduces differentiable perturbed renderers. We also propose a variance reduction mechanism to alleviate the computational burden inherent to perturbed optimizers and introduce an adaptive scheme to automatically adjust the smoothing parameters of the rendering process. We apply our method to 3D scene reconstruction and demonstrate its advantages on the tasks of 6D pose estimation and 3D mesh reconstruction. By providing informative gradients that can be used as a strong supervisory signal, we demonstrate the benefits of perturbed renderers to obtain more accurate solutions when compared to the state-of-the-art alternatives using smooth gradient approximations.


翻译:从2D图像投影中解释3D场景是计算机视觉的核心问题之一。这一反向和错误的问题的解决方案通常涉及寻找最能解释观察到的图像数据的模型。值得注意的是,图像既取决于观测到的场景的特性,也取决于图像形成过程。因此,如果使用优化技术来解释图像,那么设计不同功能将3D场景投影到图像中(也称为可变投影)至关重要。以前采用不同方法,以平滑的近影取代通常无法区分的平滑操作,从而影响随后的3D估计。在本文中,我们采取更笼统的方法,通过随机优化的光滑动和相联的图像优化概念来研究不同的投影器。我们的工作突出一些广为人知的不同投影器和随机平滑的图像之间的关联,并引入不同易动的投影成。我们还提议一个降低差异的机制,以缓解由平滑动的状态优化器所固有的计算负担,并引入一个适应性计划,通过随机优化的平滑度的参数,通过随机优化的优化的优化模型来研究不同的投影的平滑度变相参数参数。我们用了一个方法来展示其图像的变形的变形图的变形图。

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