Modeling and applications of the focus cue in conventional digital cameras

Abstract

El enfoque en cámaras digitales juega un papel fundamental tanto en la calidad de la imagen como en la percepción del entorno. Esta tesis estudia el enfoque en cámaras digitales convencionales, tales como cámaras de móviles, fotográficas, webcams y similares. Una revisión rigurosa de los conceptos teóricos detras del enfoque en cámaras convencionales muestra que, a pasar de su utilidad, el modelo clásico del thin lens presenta muchas limitaciones para aplicación en diferentes problemas relacionados con el foco. En esta tesis, el focus profile es propuesto como una alternativa a conceptos clásicos como la profundidad de campo. Los nuevos conceptos introducidos en esta tesis son aplicados a diferentes problemas relacionados con el foco, tales como la adquisición eficiente de imágenes, estimación de profundidad, integración de elementos perceptuales y fusión de imágenes. Los resultados experimentales muestran la aplicación exitosa de los modelos propuestos.

The focus of digital cameras plays a fundamental role in both the quality of the acquired images and the perception of the imaged scene. This thesis studies the focus cue in conventional cameras with focus control, such as cellphone cameras, photography cameras, webcams and the like. A deep review of the theoretical concepts behind focus in conventional cameras reveals that, despite its usefulness, the widely known thin lens model has several limitations for solving different focus-related problems in computer vision. In order to overcome these limitations, the focus profile model is introduced as an alternative to classic concepts, such as the near and far limits of the depth-of-field. The new concepts introduced in this dissertation are exploited for solving diverse focus-related problems, such as efficient image capture, depth estimation, visual cue integration and image fusion. The results obtained through an exhaustive experimental validation demonstrate the applicability of the proposed models.