基于反馈机制的图像超分辨率重建算法

现有的图像超分辨率重建方法充分利用了强大的深度学习模型,但忽略了人类视觉系统中普遍存在的反馈机制。提出一种新型图像超分辨率重建算法,通过具有约束条件的递归神经网络中包含的隐藏状态实现反馈机制,旨在处理网络间的反馈连接并生成更具说服力的高级表示形式,提供更多的上下文信息,从而帮助低分辨率图像完成高分辨率图像的重建。此外,具有较强早期图像重建能力的反馈网络可逐步生成最终的高分辨率图像。为解决低分辨率图像因多种类型的退化而导致的细节损失问题,引入课程学习策略,使网络适用于更复杂的任务,提升模型的鲁棒性。实验结果表明,该算法能有效提升图像超分辨率重建的准确性,与SRCNN、VDSR、RDN等算法相比,其PSNR值最高提升了7.15 dB。     

数据外补偿的深度网络超分辨率重建

单张图像超分辨率重建受到多对一映射的困扰.对于给定的低分辨率图像块,存在若干高分辨率图像块与之对应.基于学习的方法受此影响,学习到的逆映射规则只能预测这些高分辨率图像块的均值,从而产生视觉上模糊的超分辨率重建结果.为了克服歧义性造成的高频细节损失,本文提出了一种基于深度网络,利用在线检索的数据进行高频信息补偿的图像超分辨率重建算法.该方法构建一个深度网络,通过三个分支预测高分辨率重建结果：一条旁路直接将输入的低分辨率图像输入到网络的最后一层;一条内部高频信息重建路径基于低分辨率图像回归预测高分辨率图像,重建高分辨率图像的主要结构;另一条外部高频信息补偿路径根据内部重建的结果,从在线检索到的相似图像中提取高频细节,对内部重建的重建结果进行细节补偿.在第二条路径中,为了有效提取高频信号并使之适应于内部重建的重建结构,本文在多层特征的测量和约束下,进行高频细节迁移.相比于之前基于云数据库的传统图像超分辨率方法,本文提出的方法是端对端可训练的（end-to-end trainable）,因此通过在大数据上进行学习,方法能同时建模内部重建和外部补偿,并能自动权衡两者利弊而给出最优的重建结果.图像超分辨率重建的实验结果表明,相比于最新的超分辨率算法,本文方法在主客观评价中均取得了更加优越的性能.     

深度学习的单幅图像超分辨率重建方法综述

图像超分辨率重建即使用特定算法将同一场景中的低分辨率模糊图像恢复成高分辨率图像。近年来,随着深度学习的蓬勃发展,该技术在很多领域都得到了广泛的应用,在图像超分辨率重建领域中基于深度学习的方法被研究的越来越多。为了掌握当前基于深度学习的图像超分辨率重建算法的发展状况和研究趋势,对目前图像超分辨率的流行算法进行综述。主要从现有单幅图像超分辨算法的网络模型结构、尺度放大方法和损失函数三个方面进行详细论述,分析各类方法的缺陷和益处,同时通过实验对比分析不同网络模型、不同损失函数在主流数据集上的重建效果,最后展望基于深度学习的单幅图像超分辨重建算法未来的发展方向。     

面向安防监控场景的低分辨率人脸识别算法研究

针对安防监控场景中获取的人脸图像质量不佳、细节信息丢失导致的人脸识别准确率低下的问题,提出一种基于超分辨率重建的低分辨率人脸识别算法。该算法包括超分辨率重建和人脸识别两个子网络,分别实现低分辨率人脸图像的超分辨率重建和人脸特征的提取。首先通过增加超分辨率重建子网络激活函数前的特征图数量实现广泛激活,保证信息流的有效传递,重建出包含更多细节信息的高分辨率人脸图像;然后在训练时结合图像内容损失和身份损失,在重建图像的同时保留更多身份信息,使得提取到的人脸特征具有更强的辨别性。实验结果表明,该算法提升了低分辨率人脸识别的准确率,在监控人脸数据集QMUL-SurFace上的性能优于传统算法。     

基于深度学习的单幅图片超分辨率重构研究进展

图像超分辨率重构技术是一种以一幅或同一场景中的多幅低分辨率图像为输入, 结合图像的先验知识重构出一幅高分辨率图像的技术. 这一技术能够在不改变现有硬件设备的前提下, 有效提高图像分辨率. 深度学习近年来在图像领域发展迅猛, 它的引入为单幅图片超分辨率重构带来了新的发展前景. 本文主要对当前基于深度学习的单幅图片超分辨率重构方法的研究现状和发展趋势进行总结梳理: 首先根据不同的网络基础对十几种基于深度学习的单幅图片超分辨率重构的网络模型进行分类介绍, 分析这些模型在网络结构、输入信息、损失函数、放大因子以及评价指标等方面的差异; 然后给出它们的实验结果, 并对实验结果及存在的问题进行总结与分析; 最后给出基于深度学习的单幅图片超分辨率重构方法的未来发展方向和存在的挑战.     

.基于改进CycleGAN的视频监控人脸超分辨率恢复算法

针对有监督超分辨率算法训练过程需要大量成对图像、处理真实低分辨率图像视觉恢复效果差等问题,提出了一种基于改进CycleGAN的半监督算法Cycle-SRNet.首先,利用退化模型获得与真实低分辨率人脸相似的图像,用于训练网络参数;其次,通过重建模型恢复出具有真实效果的高分辨率人脸图像;最后引入感知损失函数保持人脸结构相似性,以更好地恢复面部特征.实验结果表明,该算法不需要成对的图像进行网络训练,在视觉效果上能够将模糊的视频监控低分辨率人脸图像恢复成清晰可辨的人脸图像,在FID、PSNR和SSIM指标上超越了SRCNN、SRGAN、CinCGAN等方法.     

利用双通道卷积神经网络的图像超分辨率算法

目的 图像超分辨率算法在实际应用中有着较为广泛的需求和研究。然而传统基于样本的超分辨率算法均使用简单的图像梯度特征表征低分辨率图像块,这些特征难以有效地区分不同的低分辨率图像块。针对此问题,在传统基于样本超分辨率算法的基础上,提出双通道卷积神经网络学习低分辨率与高分辨率图像块相似度进行图像超分辨率的算法。方法 首先利用深度卷积神经网络学习得到有效的低分辨率与高分辨率图像块之间相似性度量,然后根据输入低分辨率图像块与高分辨率图像块字典基元的相似度重构出对应的高分辨率图像块。结果 本文算法在Set5和Set14数据集上放大3倍情况下分别取得了平均峰值信噪比(PSNR)为32.53 dB与29.17 dB的效果。结论 本文算法从低分辨率与高分辨率图像块相似度学习角度解决图像超分辨率问题,可以更好地保持结果图像中的边缘信息,减弱结果中的振铃现象。本文算法可以很好地适用于自然场景图像的超分辨率增强任务。     

基于光流残差的视频超分辨率重建算法

随着卷积神经网络的发展,视频超分辨率算法取得了显著的成功。因为帧与帧之间的依赖关系比较复杂,所以传统方法缺乏对复杂的依赖关系进行建模的能力,难以对视频超分辨率重建的过程进行精确地运动估计和补偿。因此提出一个基于光流残差的重建网络,在低分辨率空间使用密集残差网络得到相邻视频帧的互补信息,通过金字塔的结构来预测高分辨率视频帧的光流,通过亚像素卷积层将低分辨率的视频帧变成高分辨率视频帧,并将高分辨率的视频帧与预测的高分辨率光流进行运动补偿,将其输入到超分辨率融合网络来得到更好的效果,提出新的损失函数训练网络,能够更好地对网络进行约束。在公开数据集上的实验结果表明,重建效果在峰值信噪比、结构相似度、主观视觉的效果上均有提升。     

基于生成对抗网络的文本图像联合超分辨率与去模糊方法

针对现有的超分辨率方法难以从模糊的低分辨率图像中重建出清晰的高分辨率图像的问题,提出了一种基于生成式对抗网络（GAN）的文本图像联合超分辨率与去模糊方法。首先,本方法聚焦于严重模糊的低分辨率文本图像,由上采样模块和去模糊模块两部分组成生成器网络;然后,通过上采样模块对输入图像上采样,生成模糊的超分辨率图像;进一步利用去模糊模块重建出清晰的超分辨率图像;最后,为了更好地恢复文本图像,引入了一个联合训练损失,包含超分辨率像素损失与去模糊像素损失、语义层的特征匹配损失以及对抗损失。在合成图像和真实图像上的大量实验结果表明,与现有的先进算法——单类GAN （SCGAN）相比,峰值信噪比（PSNR）、结构相似度（SSIM）和光学字符识别（OCR）精度分别提高了1.52 dB、0.011 5和13.2个百分点。所提方法能更好地处理真实场景下的退化文本图像,同时计算成本较低。     

基于自注意力生成对抗网络的图像超分辨率重建

针对如何恢复重建后超分辨率图像的纹理细节问题,提出基于自注意力生成对抗网络的图像超分辨率重建模型(SRAGAN).在SRAGAN中,基于自注意力机制和残差模块相结合的生成器用于将低分辨率图像变换为超分辨率图像,基于深度卷积网络构成的判别器试图区分重建后的超分辨率图像和真实超分辨率图像间的差异.在损失函数构造方面,一方面利用Charbonnier内容损失函数来提高图像的重建精度,另一方面使用预训练VGG网络激活前的特征值来计算感知损失以实现超分辨率图像的精确纹理细节重构.实验结果表明,SRAGAN在峰值信噪比和结构相似度分数上均优于当前流行算法,能够重构出更为真实和具有清晰纹理的图像.     

多尺度密集残差网络的单幅图像超分辨率重建

目的 近几年应用在单幅图像超分辨率重建上的深度学习算法都是使用单种尺度的卷积核提取低分辨率图像的特征信息,这样很容易造成细节信息的遗漏。另外,为了获得更好的图像超分辨率重建效果,网络模型也不断被加深,伴随而来的梯度消失问题会使得训练时间延长,难度加大。针对当前存在的超分辨率重建中的问题,本文结合GoogleNet思想、残差网络思想和密集型卷积网络思想,提出一种多尺度密集残差网络模型。方法 本文使用3种不同尺度卷积核对输入的低分辨率图像进行卷积处理,采集不同卷积核下的底层特征,这样可以较多地提取低分辨率图像中的细节信息,有利于图像恢复。再将采集的特征信息输入残差块中,每个残差块都包含了多个由卷积层和激活层构成的特征提取单元。另外,每个特征提取单元的输出都会通过短路径连接到下一个特征提取单元。短路径连接可以有效地缓解梯度消失现象,加强特征传播,促进特征再利用。接下来,融合3种卷积核提取的特征信息,经过降维处理后与3×3像素的卷积核提取的特征信息相加形成全局残差学习。最后经过重建层,得到清晰的高分辨率图像。整个训练过程中,一幅输入的低分辨率图像对应着一幅高分辨率图像标签,这种端到端的学习方法使得训练更加迅速。结果 本文使用两个客观评价标准PSNR（peak signal-to-noise ratio）和SSIM（structural similarity index）对实验的效果图进行测试,并与其他主流的方法进行对比。最终的结果显示,本文算法在Set5等多个测试数据集中的表现相比于插值法和SRCNN算法,在放大3倍时效果提升约3.4 dB和1.1 dB,在放大4倍时提升约3.5 dB和1.4 dB。结论 实验数据以及效果图证明本文算法能够较好地恢复低分辨率图像的边缘和纹理信息。     

基于DCT变换和零次学习的刑侦图像超分辨率

图像超分辨率在视频侦查领域有重要作用.基于卷积神经网络的超分辨率算法通常在训练时输入人工合成的低分辨率图像,学习高、低分辨率图像的映射,很难应用于视频侦查领域.真实低分辨率图像退化过程复杂未知,且大都经过压缩算法的处理,存在人工压缩痕迹,导致超分辨率图像出现假纹理.针对真实场景下的低分辨率图像提出一种基于离散余弦变换(...     

多监督损失函数光滑化图像超分辨率重建

目的 将低分辨率（low-resolution,LR）图像映射到高分辨率（high-resolution,HR）图像是典型的不适定恢复问题,即输出的HR图像和输入的LR图像之间的映射是多对一的,这意味着仅通过增加网络深度来确定HR图像与LR图像之间的特定映射关系是非常困难的。针对该问题,本文提出一种基于多监督光滑化损失函数的图像超分辨率方法。方法 该方法主体由LR图像上采样通道和HR图像下采样通道两部分组成。各通道分为两个阶段,每个阶段均包括浅层特征提取模块、基于迭代采样错误反馈机制的采样模块、全局特征融合模块和图像重建模块。将LR图像上采样通道第1阶段结果与HR图像下采样通道第1阶段结果对比,然后将HR原图像和HR图像下采样通道第2阶段结果作为约束构成多监督,使映射函数空间尽可能精确,并将多监督损失函数光滑化保证梯度在全局范围内传递。结果 在基准测试集Set5、Set14、BSD100（Berkeley segmentation dataset）、Urban100（urban scenes dataset）、Manga109（109 manga volumes dataset）数据集上进行测试,并与Bicubic、SRCNN （super-resolution convolutional neural network）、FSRCNN （fast super-resolution convolutional neural network）、LapSRN （Laplacian pyramid super-resolution network）、VDSR （very deep super-resolution convolutional networks）、DBPN （deep back-projection networks for super-resolution）和DRN （dual regression networks）等方法的实验结果进行对比。当放大因子为4时,本文算法的峰值信噪比分别为32.29 dB、28.85 dB、27.61 dB、26.16 dB和30.87 dB;在重建图像的可视化分析方面,本文算法相较于对比算法具有更加丰富的纹理和清晰的轮廓。结论 实验结果表明,基于多监督光滑化损失函数方法的图像重建结果与其他超分辨率主流算法相比,在重建图像质量和高频细节处理方面均有所提高。     

基于学习的超分辨率技术

基于学习的超分辨率算法使用一个图像训练集来产生一个学习模型,运用该模型为输入的低分辨率图像创建更多的高频信息,获得比基于重建算法更好的结果。该文介绍了基于学习的超分辨率技术的相关工作、理论基础和主要算法,提出基于学习的超分辨率算法中仍需解决的关键问题,展望其在未来的研究发展方向。     

基于深度残差反投影注意力网络的图像超分辨率

针对多数单帧图像超分辨率(single image super-resolution,SISR)重建方法存在的特征信息发掘不充分、特征图各通道之间的相互依赖关系难以确定以及重建高分辨率(high resolution,HR)图像时存在重构误差等问题,提出了基于深度残差反投影注意力网络的图像超分辨率(SR)算法。即利用残差学习的思想缓解训练难度和充分发掘图像的特征信息,并使用反投影学习机制学习高低分辨图像之间的相互依赖关系,此外引入了注意力机制动态分配各特征图以不同的注意力资源从而发掘更多的高频信息和学习特征图各通道之间的依赖关系。实验结果表明了所提方法相比于多数单帧图像超分辨率方法,不仅在客观指标方面得到了显著的提升,而且重建的预测图像也具有更加丰富的纹理信息。     

基于双分支融合的反馈迭代金字塔去模糊和超分辨率算法

针对低分辨率模糊图像实施超分辨率重建后出现大量伪影和边缘纹理不清晰问题,提出了一种双分支融合的反馈迭代金字塔算法.首先采用不同的分支模块分别提取低分辨率模糊图像中潜在的去模糊特征和超分辨率特征信息;然后采用自适应融合机制将两种不同性质的特征进行信息匹配,使网络在去模糊和超分辨率重建模块中更加关注模糊区域;其次使用迭代金字塔重建模块将低分辨率模糊图像渐进重建为逼近真实分布的超分辨率清晰图像;最后重建图像通过分支反馈模块生成清晰低分辨率图像,构建反馈监督.在GOPRO数据集中与现有算法的对比实验结果表明,所提算法能够生成纹理细节更加清晰的超分辨率图像.