基于密集残差注意力网络的图像超分辨率算法

近年来,随着科学技术的高速发展,深度学习的蓬勃兴起,实现图像超分辨率重建成为计算机视觉领域一大热门研究课题.然而网络深度增加容易引起训练困难,并且网络无法获取准确的高频信息,导致图像重建效果差.本文提出基于密集残差注意力网络的图像超分辨率算法来解决这些问题.该算法主要采用密集残差网络,在加快模型收敛速度的同时,减轻了梯度消失问题.注意力机制的加入,使网络高频有效信息较大的权重,减少模型计算成本.实验证明,基于密集残差注意力网络的图像超分辨率算法在模型收敛速度上极大地提升,图像细节恢复效果令人满意.     

基于对偶回归和注意力机制的图像超分辨率重建网络

针对单幅图像超分辨率(single image super-resolution, SISR)重建算法存在低分辨率图像(LR)到高分辨率图像(HR)的映射学习具有不适定性,深层神经网络收敛慢且缺乏对高频信息的学习能力以及在深层神经网络传播过程中图像特征信息存在丢失的问题.本文提出了基于对偶回归和残差注意力机制的图像超分辨率重建网络.首先,通过对偶回归约束映射空间.其次,融合通道和空间注意力机制构造了残差注意力模块(RCSAB),加快模型收敛速度的同时,有效增强了对高频信息的学习.最后,融入密集特征融合模块,增强了特征信息流动性.在Set5、Set14、BSD100、Urban100四种基准数据集上与目前主流的单幅图像超分辨率算法进行对比,实验结果表明该方法无论是在客观质量评价指标还是主观视觉效果均优于对比算法.     

残差卷积注意网络的图像超分辨率重建

针对极深神经网络图像超分辨率重建过程中,存在图像特征提取少、信息利用率低,平等处理高、低频信息通道的问题,提出了残差卷积注意网络的图像超分辨率重建算法。构造多尺度残差注意块,最大限度地提高网络提取到多尺寸特征信息,引入通道注意力机制,增强高频信息通道的表征能力。引入卷积注意块的特征提取结构,减少高频图像细节信息的丢失。在网络的重建层,引入全局跳远连接结构,进一步丰富重建的高分辨率图像信息的流动。实验结果表明,所提算法在Set5等基准数据集上的PSNR、SSIM比其他基于深度卷积神经网络的方法均明显提升,验证了提出方法的有效性与先进性。     

分层特征融合网络航拍图像超分辨率重建

基于深度学习的图像超分辨率网络模型复杂度高,特征利用率较低,尤其是应用在复杂拍摄环境中的图像超分辨率重建,由于特征损失严重,最终重建的效果也较差。针对以上问题,提出分层特征融合图像超分辨率网络。引入对称式的分层结构,以增强不同层次图像特征的融合;使用更为密集的残差连接结构,减少局部残差损失,同时缓解梯度消失和梯度爆炸问题;在每个残差块中加入注意力机制,增强网络对图像高频信息的敏感度。为了验证算法在复杂环境中的效果,将模型应用于高空航拍图像超分辨率重建中。实验结果表明,所提算法相比于EDSR算法,在14个不同航拍图像环境中,尤其是复杂场景下的重建,平均PSNR提高了0.31?dB,效果显著。     

轻量化逆可分离残差信息蒸馏网络的图像超分辨率重建

基于深度学习的图像超分辨率重建算法的性能需求导致急剧增加的参数量与高额的计算成本，这限制超分辨率重建在移动设备上的应用.针对此问题，文中提出轻量化逆可分离残差信息蒸馏网络的图像超分辨率重建算法.首先，设计渐进可分离蒸馏重洗模块，进行多重信息蒸馏，在提取多层次特征的同时保持模型轻量化，使用多个特征提取连接，学习更具区别性的特征表示，以便网络能从蒸馏中获得更多有益信息.然后，设计对比感知坐标注意力模块，充分利用通道感知与位置敏感信息，增强特征选择能力.最后，提出逐步补偿残差连接方式，提高浅层特征的利用率，补偿网络的纹理细节特征.实验表明，文中算法在模型复杂性与重建性能之间实现较好的均衡，重建的高分辨率图像主客观质量都很优秀.     

基于并行通道-空间注意力机制的腹部MRI影像多尺度超分辨率重建

为了有效解决腹部磁共振成像（MRI）影像在超分辨率重建过程中因高频细节丢失引起的边界不明显、腹部器官显示不清晰以及单模型单尺度重建应用不方便等问题,提出了一种基于并行通道-空间注意力机制的多尺度超分辨率重建算法。首先,构造了并行通道-空间注意力残差块,通过空间注意力模块获取图像重点区域与高频信息的相关性,通过通道注意力模块获取图像各通道对关键信息响应程度的权重,同时拓宽网络的特征提取层以增加流入注意力模块的特征信息;此外,添加了权重归一化层,保证了网络的训练效率;最后,在网络末端应用多尺度上采样层,增加了网络的灵活性和可用性。实验结果表明,相较深层残差通道注意力超分辨率网络（RCAN）,所提算法在×2、×3、×4尺度下的峰值信噪比（PSNR）平均提高了0.68 dB。所提算法有效提升了图像的重建质量。     

基于并行通道-空间注意力机制的腹部MRI影像多尺度超分辨率重建

为了有效解决腹部磁共振成像（MRI）影像在超分辨率重建过程中因高频细节丢失引起的边界不明显、腹部器官显示不清晰以及单模型单尺度重建应用不方便等问题，提出了一种基于并行通道-空间注意力机制的多尺度超分辨率重建算法。首先，构造了并行通道-空间注意力残差块，通过空间注意力模块获取图像重点区域与高频信息的相关性，通过通道注意力模块获取图像各通道对关键信息响应程度的权重，同时拓宽网络的特征提取层以增加流入注意力模块的特征信息；此外，添加了权重归一化层，保证了网络的训练效率；最后，在网络末端应用多尺度上采样层，增加了网络的灵活性和可用性。实验结果表明，相较深层残差通道注意力超分辨率网络（RCAN），所提算法在×2、×3、×4尺度下的峰值信噪比（PSNR）平均提高了0.68 dB。所提算法有效提升了图像的重建质量。     

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。     

基于双并行残差网络的遥感图像超分辨率重建

当面对目标地物尺寸差异性较大、复杂性较高的遥感图像时,图像超分辨率重建算法的重建效果较差.因此,文中提出双并行轻量级残差注意力网络,提高遥感图像重建效果.首先,提出多尺度浅层特征提取块,融合不同感受野的特征信息,解决遥感图像目标地物尺寸差异较大的问题.再设计基于非对称卷积和注意力机制的轻量级残差注意力块,既降低参数规模,又获取更多高频信息.然后,设计含有不同卷积核的并行网络框架,用于融合不同尺度的感受野.此外,多个残差块中使用跳跃连接融合不同阶段特征,增加信息复用性.最后,通过对比实验验证文中网络在遥感图像上具有较优的重建效果.     

区域级通道注意力融合高频损失的图像超分辨率重建

目的 通道注意力机制在图像超分辨率中已经得到了广泛应用,但是当前多数算法只能在通道层面选择感兴趣的特征图而忽略了空间层面的信息,使得特征图中局部空间层面上的信息不能合理利用。针对此问题,提出了区域级通道注意力下的图像超分辨率算法。方法 设计了非局部残差密集网络作为网络的主体结构,包括非局部模块和残差密集注意力模块。非局部模块提取非局部相似信息并传到后续网络中,残差密集注意力模块在残差密集块结构的基础上添加了区域级通道注意力机制,可以给不同空间区域上的通道分配不同的注意力,使空间上的信息也能得到充分利用。同时针对当前普遍使用的L1和L2损失函数容易造成生成结果平滑的问题,提出了高频关注损失,该损失函数提高了图像高频细节位置上损失的权重,从而在后期微调过程中使网络更好地关注到图像的高频细节部分。结果 在4个标准测试集Set5、Set14、BSD100（Berkeley segmentation dataset）和Urban100上进行4倍放大实验,相比较于插值方法和SRCNN（image super-resolution using deep convolutional networks）算法,本文方法的PSNR（peak signal to noise ratio）均值分别提升约3.15 dB和1.58 dB。结论 区域级通道注意力下的图像超分辨率算法通过使用区域级通道注意力机制自适应调整网络对不同空间区域上通道的关注程度,同时结合高频关注损失加强对图像高频细节部分的关注程度,使生成的高分辨率图像具有更好的视觉效果。     

多注意力域的稠密连接人脸超分算法

人脸超分辨率重建是一种对低分辨率人脸处理获取对应高分辨率人脸的低成本技术,又称人脸幻生。为了使重建的人脸图像有更清晰的细节纹理,通过对基于深度学习的人脸超分算法的研究,提出了基于注意力机制的稠密连接人脸超分算法。该算法主要由特征提取和图像重建两个部分组成,通过同时关注特征通道域和空间域的信息,创建了多注意力域模块MADM（Multi Attention Domain Module）。其中,通过改变信道和空间上的相互关系和权重,自适应地对特征进行加权重组,并且使用密集的稠密连接和长短连接将不同层的特征融合在一起,实现提升网络性能。实验结果验证了该算法的正确性;并与现有算法比较,表明了该算法的优越性能,重建的人脸图像具有更清晰的纹理细节特征。     

基于小波域的深度残差网络图像超分辨率算法

单幅图像超分辨率（SISR）是指从一张低分辨率图像重建高分辨率图像.传统的神经网络方法通常在图像的空间域进行超分辨率重构，但这些方法常在重构过程中忽略重要的细节.鉴于小波变换能够将图像内容的"粗略"和"细节"特征进行分离，提出一种基于小波域的深度残差网络（DRWSR）.不同于其他传统的卷积神经网络直接推导高分辨率图像（HR），该方法采用多阶段学习策略，首先推理出高分辨率图像对应的小波系数，然后重建超分辨率图像（SR）.为了获取更多的信息，该方法采用一种残差嵌套残差的灵活可扩展的深度神经网络.此外，提出的神经网络模型采用结合图像空域与小波域的损失函数进行优化求解.所提出的方法在Set5、Set14、BSD100、Urban100等数据集上进行实验，实验结果表明，该方法的视觉效果和峰值信噪比（PSNR）均优于相关的图像超分辨率方法.     

基于深度可分离卷积和宽残差网络的医学影像超分辨率重建

为提高医学影像超分辨率的重建质量,提出了一种基于深度可分离卷积的宽残差超分辨率神经网络算法。首先,利用深度可分离卷积改进网络的残差块,扩宽残差块中卷积层的通道,将更多的特征信息传入了激活函数,使得网络中浅层低级图像特征更容易地传播到高层,提高了医学影像超分辨率的重建质量;然后,采用组归一化的方法训练网络,将卷积层的通道维度划分为组,在每个组内计算归一化的均值和方差,使得网络训练过程更快地收敛,解决了深度可分离卷积扩宽通道数导致网络训练难度增加的问题,同时网络表现出更好的性能。实验结果表明,对比传统的最近邻插值、双三次插值超分辨率算法,以及基于稀疏表达的超分辨率算法,所提算法重建出的医学影像纹理细节更加丰富、视觉效果更加逼真。对比基于卷积神经网络的超分辨率算法,基于宽残差超分辨率神经网络算法和生成对抗网络超分辨率算法,所提算法在峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）上有显著的提升。     

回环结构与PAM结合的双目图像超分辨率网络

双目图像第二视点为图像超分辨率重建网络提供更多的细节信息,为更充分利用双目图像的互补信息,提出一种基于深度学习的回环结构与视差注意力模块（PAM）相结合的双目图像超分辨率重建网络。该网络特征提取模块由MJR-ASPP+构成的回环结构与扩张残差块交替级联而成,回环结构中混合跳跃式残差（MJR）能聚合网络中不同深度的信息,改进空洞空间金字塔池化块（ASPP+）用于提取图像多尺度特征,扩张残差块融合多级特征的同时有效去噪;引入视差注意力模块获取双目图像中的全局对应关系,集成图像对的有用信息;通过亚像素层重建出超分辨率左（右）图,并将FReLU用于整个网络中提高捕获空间相关性效率。该网络在Middlebury、KITTI2012、KITTI2015和Flickr1024四个公开数据集中都取得了优异结果,实验结果表明该网络具有更好的超分辨率性能。     

改进的卷积神经网络单幅图像超分辨率重建

针对经典的基于卷积神经网络的单幅图像超分辨率重建方法网络较浅、提取的特征少、重建图像模糊等问题，提出了一种改进的卷积神经网络的单幅图像超分辨率重建方法，设计了由密集残差网络和反卷积网络组成的新型深度卷积神经网络结构。原始低分辨率图像输入网络，利用密集残差学习网络获取更丰富的有效特征并加快特征梯度流动，其次通过反卷积层将图像特征上采样到目标图像大小，再利用密集残差学习高维特征，最后融合不同卷积核提取的特征得到最终的重建图像。在Set5和Set14数据集上进行了实验，并和Bicubic、K-SVD、SelfEx、SRCNN等经典重建方法进行了对比，重建出的图像在整体清晰度和边缘锐度方面更好，另外峰值信噪比（PSNR）平均分别提高了2.69?dB、1.68?dB、0.74?dB和0.61?dB。实验结果表明，该方法能够获取更丰富的细节信息，得到更好的视觉效果，达到了图像超分辨率的增强任务。