高效多注意力特征融合的图像超分辨率重建算法

为改善图像质量,提升观测效果,针对现有超分辨率重建算法由于网络层数过深导致的信息丢失、参数量大的问题,提出一种高效多注意力特征融合的图像超分辨率重建算法(EMAFFN).该算法通过渐进式特征融合块(PFFB)逐步提取图像的特征信息,减少特征信息在深层次网络传递过程中的丢失,同时结合PFFB内部的高效多注意力块(EMAB)在通道和空间两个分支作用,自适应的对提取到的特征进行加权,使网络更多的关注高频信息,最后使用多尺度感受野块(RFB＿x)对提取到的特征进行增强、并多尺度融合特征来提升重建模块的性能.实验结果表明,EMAFFN在公共数据集Set5上的平均PSNR值最高达到37.93dB,SSIM达到0.9609,重建后的图像恢复了更多的高频信息,纹理细节丰富,更接近于原始图像.     

基于注意力机制与特征融合的图像超分辨率重建

目前多数利用卷积神经网络进行图像超分辨率重建的方法忽视对自然图像固有属性的捕捉,并且仅在单一尺度下提取特征。针对该问题,提出一种基于注意力机制和多尺度特征融合的网络结构。利用注意力机制融合图像的非局部信息和二阶特征,提高网络的特征表达能力,同时使用不同尺度的卷积核提取图像的不同尺度信息,以保存多尺度完整的信息特征。实验结果表明,该方法重建图像的客观评价指标和视觉效果均优于Bicubic、SRCNN、SCN和LapSRN方法。     

分层特征融合注意力网络图像超分辨率重建

目的 深层卷积神经网络在单幅图像超分辨率任务中取得了巨大成功。从3个卷积层的超分辨率重建卷积神经网络（super-resolution convolutional neural network,SRCNN）到超过300层的残差注意力网络（residual channel attention network,RCAN）,网络的深度和整体性能有了显著提高。然而,尽管深层网络方法提高了重建图像的质量,但因计算量大、实时性差等问题并不适合真实场景。针对该问题,本文提出轻量级的层次特征融合空间注意力网络来快速重建图像的高频细节。方法 网络由浅层特征提取层、分层特征融合层、上采样层和重建层组成。浅层特征提取层使用1个卷积层提取浅层特征,并对特征通道进行扩充;分层特征融合层由局部特征融合和全局特征融合组成,整个网络包含9个残差注意力块（residual attention block,RAB）,每3个构成一个残差注意力组,分别在组内和组间进行局部特征融合和全局特征融合。在每个残差注意力块内部,首先使用卷积层提取特征,再使用空间注意力模块对特征图的不同空间位置分配不同的权重,提高高频区域特征的注意力,以快速恢复高频细节信息;上采样层使用亚像素卷积对特征图进行上采样,将特征图放大到目标图像的尺寸;重建层使用1个卷积层进行重建,得到重建后的高分辨率图像。结果 在Set5、Set14、BSD（Berkeley segmentation dataset）100、Urban100和Manga109测试数据集上进行测试。当放大因子为4时,峰值信噪比分别为31.98 dB、28.40 dB、27.45 dB、25.77 dB和29.37 dB。本文算法比其他同等规模的网络在测试结果上有明显提升。结论 本文提出的多层特征融合注意力网络,通过结合空间注意力模块和分层特征融合结构的优势,可以快速恢复图像的高频细节并且具有较小的计算复杂度。     

基于注意力机制的图像超分辨率重建

目前,单幅图像超分辨率重建取得了很好的效果,然而大多数模型都是通过增加网络层数来达到好的效果,并没有去发掘各通道之间的相关性.针对上述问题,提出了一种基于通道注意力机制(CA)和深度可分离卷积(DSC)的图像超分辨率重建方法.整个模型采用多路径模式的全局和局部残差学习,首先利用浅层特征提取块来提取输入图像的特征;然后,...     

多尺度自适应上采样的图像超分辨率重建算法

针对现有基于卷积神经网络的图像超分辨率重建网络中存在的训练难以收敛、无法适配多个放大系数和无法进行非整数放大系数上采样的问题,提出了一种基于多尺度和分而治之思想的自适应上采样图像超分辨率重建算法。该算法通过改进后的多尺度通道注意力特征提取模块对低分辨率图像进行多尺度特征提取以生成不同尺度下的特征图,再将其输入瓶颈层实现全局特征融合,使用基于分而治之的自适应上采样模块获得超分辨率图像,从而解决了不同放大系数的适配问题和非整数放大系数的上采样问题。在对比实验中,该算法在不使用任何初始化方法时仍然具有良好的收敛性。在整数放大系数下,该算法的图像重建性能超过当前主流的超分辨率网络,PSNR和SSIM性能相比MRFN分别提升了0.34 dB和0.039 1。在非整数放大系数下,其PSNR性能相比双三次插值方法平均提升1.24 dB,且不需要对每一个放大系数都进行训练。     

通道与空间注意力图像超分辨率网络

单幅图像超分辨率（Single Image Super Resolution,SISR）在计算机视觉领域占有重要地位,该技术旨在从低分辨率图像中重建出高分辨率图像。近年来,深度神经网络在SISR领域起到了至关重要的作用,然而,目前利用卷积神经网络平等地对待高频与低频特征,使得高频细节的重建表现不佳,输出过于平滑,缺少纹理信息。另一方面,过于深的网络不容易收敛,并且随着神经网络的深度增长,来自前一层的长期信息很容易在后期层中减弱或丢失,使得重建收益不能正比于网络的深度与计算复杂度。针对以上问题,对用于SISR的卷积神经网络的基本块提出了空间注意力模块与通道注意力模块,在同一通道中,不同位置的信息被空间注意力模块赋予不同的权重,不同通道间的权重由通道注意力模块决定,这使得高频信息在重建任务中获得更高的地位,提高了重建指标。进一步地提出了长期特征调制模块将网络的层深度转化为块深度,大大缩小了网络深度,以解决前层长期信息的丢失问题。在Set5等多个基准数据集上的峰值信噪比（PSNR）均比目前其他基于深度卷积神经网络的方法有所提升,这证明了提出的方法的有效性与先进性。     

结合感知边缘约束与多尺度融合网络的图像超分辨率重建方法

针对图像超分辨率重建模型需要大量参数去捕获低分辨率（LR）图像和高分辨率（HR）图像之间的统计关系，以及使用L₁或L₂损失优化的网络模型不能有效恢复图像高频细节等问题，提出一种结合感知边缘约束与多尺度融合网络的图像超分辨率重建方法。该方法基于由粗到细的思想，设计了一种两阶段的网络模型。第一阶段通过卷积神经网络（CNN）提取图像特征，并将图像特征上采样至HR大小，得到粗糙特征；第二阶段使用多尺度估计将低维统计模型逐步逼近高维统计模型，将第一阶段输出的粗糙特征作为输入来提取图像多尺度特征，并通过注意力融合模块逐步融合不同尺度特征，以精细化第一阶段提取的特征。同时，该方法引入一种更丰富的卷积特征用于边缘检测，并将其作为感知边缘约束来优化网络，以更好地恢复图像高频细节。在Set5、Set14和BSDS100等基准数据集上进行实验，结果表明与现有的基于CNN的超分辨率重建方法相比，该方法不但能够重建出更为清晰的边缘和纹理，而且在×3和×4放大因子下的峰值信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）都取得了一定的提升。     

跨尺度混合注意力的遥感图像超分辨率重建

为了解决现有遥感图像超分辨率重建模型对长期特征相似性和多尺度特征相关性关注不足的问题, 提出了一种基于跨尺度混合注意力机制的遥感图像超分辨率重建算法. 首先提出了一个全局层注意力机制(global layer attention, GLA), 利用层注意力机制加权融合不同层级的全局特征, 建模低分辨率与高分辨率图像特征间的长期依赖关系. 同时, 设计了跨尺度局部注意力机制(cross-scale local attention, CSLA), 在多尺度的低分辨率特征图中寻找与高分辨率图像匹配的局部信息补丁, 并融合不同尺度的补丁特征, 以优化模型对图像细节信息的恢复能力. 最后, 提出一种局部信息感知损失函数来指导图像的重建过程, 进一步提高了重建图像的视觉质量和细节保留能力. 在UC-Merced数据集上的实验结果表明, 本文方法在3种放大倍数下的平均PSNR/SSIM优于大多数主流方法, 并在视觉效果方面展现出更高的质量和更好的细节保留能力.     

结合感知边缘约束与多尺度融合网络的图像超分辨率重建方法

针对图像超分辨率重建模型需要大量参数去捕获低分辨率（LR）图像和高分辨率（HR）图像之间的统计关系,以及使用L₁或L₂损失优化的网络模型不能有效恢复图像高频细节等问题,提出一种结合感知边缘约束与多尺度融合网络的图像超分辨率重建方法。该方法基于由粗到细的思想,设计了一种两阶段的网络模型。第一阶段通过卷积神经网络（CNN）提取图像特征,并将图像特征上采样至HR大小,得到粗糙特征;第二阶段使用多尺度估计将低维统计模型逐步逼近高维统计模型,将第一阶段输出的粗糙特征作为输入来提取图像多尺度特征,并通过注意力融合模块逐步融合不同尺度特征,以精细化第一阶段提取的特征。同时,该方法引入一种更丰富的卷积特征用于边缘检测,并将其作为感知边缘约束来优化网络,以更好地恢复图像高频细节。在Set5、Set14和BSDS100等基准数据集上进行实验,结果表明与现有的基于CNN的超分辨率重建方法相比,该方法不但能够重建出更为清晰的边缘和纹理,而且在×3和×4放大因子下的峰值信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）都取得了一定的提升。     

多层次融合注意力网络的双目图像超分辨率重建

目的 随着深度卷积神经网络广泛应用于双目立体图像超分辨率重建任务,双目图像之间的信息融合成为近年来的研究热点。针对目前的双目图像超分辨重建算法对单幅图像的内部信息学习较少的问题,提出多层次融合注意力网络的双目图像超分辨率重建算法,在立体匹配的基础上学习图像内部的丰富信息。方法 首先,利用特征提取模块从不同尺度和深度来获取左图和右图的低频特征。然后,将低频特征作为混合注意力模块的输入,此注意力模块先利用二阶通道非局部注意力模块学习每个图像内部的通道和空间特征,再采用视差注意力模块对左右特征图进行立体匹配。接着采用多层融合模块获取不同深度特征之间的相关信息,进一步指导产生高质量图像重建效果。再利用亚像素卷积对特征图进行上采样,并和低分辨率左图的放大特征相加得到重建特征。最后使用1层卷积得到重建后的高分辨率图像。结果 本文算法采用Flickr1024数据集的800幅图像和60幅经过2倍下采样的Middlebury图像作为训练集,以峰值信噪比（peak signal-to-noise ratio,PSNR）和结构相似性（structural similarity,SSIM）作为指标。实验在3个...     

基于深度可分离卷积的轻量级图像超分辨率重建

图像超分辨率重建旨在依据低分辨率图像重建出接近真实的高分辨率图像,现有基于卷积神经网络的图像超分辨率重建方法存在网络参数量大、重建速度慢等问题,从而限制其在内存资源小的终端设备上的应用。提出一种基于深度可分离卷积的轻量级图像超分辨率重建网络,利用深度可分离卷积提取图像的特征信息,减少网络的参数量,采用对比度感知通道注意力机制获取图像的对比度信息,并将其作为全局信息,同时对提取特征的不同通道权重进行重新分配,增强重建图像的细节纹理信息。在此基础上,采用亚像素卷积对图像特征进行上采样操作,提高整体重建图像质量。实验结果表明,当放大倍数为2、3和4时,该网络的参数量分别为140 000、147 000和152 000,重建时间为0.020 s、0.014 s和0.011 s,相比VDSR、RFDN、IDN等网络,在保证重建效果的前提下能够有效减少网络参数量。     

基于多窗口残差网络的单图像超分辨率重建

基于卷积神经网络的单图像超分辨率模型网络结构过深,导致高频信息丢失以及模型体积庞大等问题.提出一种由多个残差模块构成的多窗口残差网络优化模型,通过使用多个不同尺寸的窗口对同一特征图进行提取,获取更丰富的高频与低频信息,并过滤出深层网络的所需特征.残差模块中较大尺寸的窗口采用较小尺寸的滤波器和多层映射层叠加组成,可在减少...     

多尺度残差网络的单幅图像超分辨率重建

针对目前提高图像分辨率的卷积神经网络存在的特征提取尺度单一以及梯度消失等问题,提出了多尺度残差网络的单幅图像超分辨率重建方法。采用多尺度特征提取和特征信息融合,解决了对图像细节特征提取不够充分的问题;将局部残差学习和全局残差学习相结合,提高了卷积神经网络信息流传播的效率,减轻了梯度消失现象。在Set5、Set14和BSD100等常用测试集上进行了实验,该方法的实验结果均优于其他5种方法,相比于SRCNN方法,平均PSNR提升了0.74 dB,平均SSIM提升了0.014 3 dB;相比于VDSR方法,平均PSNR提升了0.12 dB,平均SSIM提升了0.002 5 dB。     

基于特征图注意力机制的图像超分辨率重建

图像超分辨率重建中的高频分量通常包含较多轮廓、纹理等细节信息,为更好地处理特征图中的高频分量与低频分量,实现自适应调整信道特征,提出一种基于特征图注意力机制的图像超分辨重建网络模型.利用特征提取块提取原始低分辨率图像中的特征信息,基于多个结合特征图注意力机制的信息提取块,通过特征信道之间的相互依赖性自适应调整信道特征,...     

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。     

Lightweight Image Super-Resolution via Weighted Multi-Scale Residual Network

The tradeoff between efficiency and model size of the convolutional neural network (CNN) is an essential issue for applications of CNN-based algorithms to diverse real-world tasks. Although deep learning-based methods have achieved significant improvements in image super-resolution (SR), current CNN-based techniques mainly contain massive parameters and a high computational complexity, limiting their practical applications. In this paper, we present a fast and lightweight framework, named weighted multi-scale residual network (WMRN), for a better tradeoff between SR performance and computational efficiency. With the modified residual structure, depthwise separable convolutions (DS Convs) are employed to improve convolutional operations’ efficiency. Furthermore, several weighted multi-scale residual blocks (WMRBs) are stacked to enhance the multi-scale representation capability. In the reconstruction subnetwork, a group of Conv layers are introduced to filter feature maps to reconstruct the final high-quality image. Extensive experiments were conducted to evaluate the proposed model, and the comparative results with several state-of-the-art algorithms demonstrate the effectiveness of WMRN.      

基于可嵌入式网络结构的图像超分辨率重建方法

针对卷积神经网络中的图像超分辨率重建模型训练不稳定与收敛速度较慢等问题,提出一种可嵌入式并行网络框架(EPNF),用于单幅图像超分辨率重建任务.将现有的图像超分辨率网络模型作为EPNF框架的深层结构部分嵌入到该框架中,能够以较小参数代价加快所嵌入的超分辨率模型的收敛速度,在一定程度上提高模型的准确率.在EPNF网络结构...