Optical Image Stabilization (OIS) system in mobile devices reduces image blurring by steering lens to compensate for hand jitters. However, OIS changes intrinsic camera parameters (i.e. $\mathrm{K}$ matrix) dynamically which hinders accurate camera pose estimation or 3D reconstruction. Here we propose a novel neural network-based approach that estimates $\mathrm{K}$ matrix in real-time so that pose estimation or scene reconstruction can be run at camera native resolution for the highest accuracy on mobile devices. Our network design takes gratified projection model discrepancy feature and 3D point positions as inputs and employs a Multi-Layer Perceptron (MLP) to approximate $f_{\mathrm{K}}$ manifold. We also design a unique training scheme for this network by introducing a Back propagated PnP (BPnP) layer so that reprojection error can be adopted as the loss function. The training process utilizes precise calibration patterns for capturing accurate $f_{\mathrm{K}}$ manifold but the trained network can be used anywhere. We name the proposed Dynamic Intrinsic Manifold Estimation network as DIME-Net and have it implemented and tested on three different mobile devices. In all cases, DIME-Net can reduce reprojection error by at least $64\%$ indicating that our design is successful.


翻译:移动设备中的光学图像稳定系统通过调节镜头来抵消手部晃动,从而减少图像模糊。然而,OIS 动态改变相机的内参(即 $\mathrm{K}$ 矩阵),这妨碍了准确的相机姿态估计或 3D 重建。因此,本研究提出了一种新颖的基于神经网络的方法,在实时中估计 $\mathrm{K}$ 矩阵,以便于在移动设备上运行相机本机分辨率以实现最高的准确度而不影响相机姿态估计或场景重建。 我们的网络设计是以满意的投影模型差异特征和3D点位置作为输入,并采用多层感知器(MLP)来逼近 $f_{\mathrm{K}}$ 流形。我们还设计了一个独特的网络训练方案,通过引入BPnP层,使再投影误差成为损失函数。训练过程利用精确的校准模式捕捉准确的 $f_{\mathrm{K}}$ 流形,但训练好的网络可以在任何地方使用。我们将所提出的动态内在流形估计网络命名为DIME-Net,并在三个不同的移动设备上实现和测试。在所有情况下,DIME-Net都可以将再投影误差降低至少 $64\%$,表明我们的设计是成功的。

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