基于双注意力残差循环单幅图像去雨集成网络

降雨会严重降低拍摄图像质量和影响户外视觉任务.由于不同图像中,雨的形状、方向和密度不同,导致单幅图像去雨是一项困难的任务.提出一种新的基于双注意力的残差循环单幅图像去雨集成网络（简称RDARENet）.在网络中,因为上下文的信息对于去除雨痕十分重要,所以首先采用多尺度的扩张卷积网络去获得更大的感受野.雨痕信息可以认为是多个雨层特征的叠加,为了更好地提取雨痕的特征和恢复背景图层信息,运用了通道和空间注意力机制的残差网络.通道注意力能够反映不同雨层的权重,而空间注意力则通过相邻空间特征之间的关系增强区域的表征.随着网络的加深,防止低层信息的丢失,采用级联的残差网络和长短时间记忆网络,将低层特征信息传递到高层中去,逐阶段地去除雨痕.在网络的输出部分,采用集成学习的方式,将每个阶段的输出结果通过门控网络加权相加,得到最终的无雨图像.实验结果表明,去雨和恢复纹理细节的效果都得到较大提升.     

融合3D注意力和Transformer的图像去雨网络

目的 因为有雨图像中雨线存在方向、密度和大小等各方面的差异,单幅图像去雨依旧是一个充满挑战的研究问题。现有算法在某些复杂图像上仍存在过度去雨或去雨不足等问题,部分复杂图像的边缘高频信息在去雨过程中被抹除,或图像中残留雨成分。针对上述问题,本文提出三维注意力和Transformer去雨网络(three-dimension attention and Transformer deraining network,TDATDN)。方法 将三维注意力机制与残差密集块结构相结合,以解决残差密集块通道高维度特征融合问题;使用Transformer计算特征全局关联性;针对去雨过程中图像高频信息被破坏和结构信息被抹除的问题,将多尺度结构相似性损失与常用图像去雨损失函数结合参与去雨网络训练。结果 本文将提出的TDATDN网络在Rain12000雨线数据集上进行实验。其中,峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)达到33.01 dB,结构相似性(structural similarity,SSIM)达到0.927 8。实验结果表明,本文算法对比以往基于深度学习的神经网络去雨算法,显著改善了单幅图像去雨效果。结论 本文提出的TDATDN图像去雨网络结合了3D注意力机制、Transformer和编码器—解码器架构的优点,可较好地完成单幅图像去雨工作。     

多尺度沙漏结构的单幅图像去雨算法研究

雨天环境会造成图像模糊、变形,大幅降低图像质量,对于后续的图像分析和应用造成严重影响.单幅图像的去雨算法研究成为热点,然而现有算法存在过度平滑、颜色失真和复杂雨水图像复原能力差等诸多问题,去雨问题难以有效解决.本文提出一种新颖的多尺度沙漏结构的单幅图像去雨算法.首先,针对雨的特征复杂多样的特点,采用多尺度沙漏网络结构,提取并融合多尺度的雨线特征;其次,在沙漏网络内部,引入残差密集模块,使特征在不同级别网络中实现传递和复用,最大限度的提取细节特征和增强网络表达能力;最后,针对雨水不均匀分布的特点,在残差密集网络基础上加入注意模块,提高算法在空间和通道方面特征提取能力,能够处理复杂的雨天图像.实验结果表明,本方法相较于现有算法,能够更好的去除雨线,并且能够最大程度的保留图像细节和颜色信息.     

基于注意力机制和残差块的真实图像去噪

为有效去除真实图像噪声，提出一种基于注意力机制和残差块的图像去噪算法。采用通道和空间注意力机制相结合的双重注意力模块给不同的特征赋予权重，并与残差块合并于编解码结构；应用增大感受野模块，在保护图像结构的同时增大感受野；整体架构采用密集特征融合保留更多细节。实验结果表明，该算法在SIDD和DND数据集的峰值信噪比分别达到了39.59 dB和39.73 dB,结构相似性分别达到了0.911%和0.953%,具有最佳视觉效果。所提算法在去噪的同时能够保留更多图像细节信息。     

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。     

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.     

多尺度渐进式残差网络的图像去雨

目的 现有的去雨方法存在去雨不彻底和去雨后图像结构信息丢失等问题。针对这些问题,提出多尺度渐进式残差网络(multi scale progressive residual network, MSPRNet)的单幅图像去雨方法。方法 提出的多尺度渐进式残差网络通过3个不同感受野的子网络进行逐步去雨。将有雨图像通过具有较大感受野的初步去雨子网络去除图像中的大尺度雨痕。通过残留雨痕去除子网络进一步去除残留的雨痕。将中间去雨结果输入图像恢复子网络,通过这种渐进式网络逐步恢复去雨过程中损失的图像结构信息。为了充分利用残差网络的残差分支上包含的重要信息,提出了一种改进残差网络模块,并在每个子网络中引入注意力机制来指导改进残差网络模块去雨。结果 在5个数据集上与最新的8种方法进行对比实验,相较于其他方法中性能第1的模型,本文算法在5个数据集上分别获得了0.018、0.028、0.012、0.007和0.07的结构相似度(structural similarity, SSIM)增益。同时在Rain100L数据集上进行了消融实验,实验结果表明,每个子网络的缺失都会造成去雨性能的下降,提出的多尺度渐进式网...     

单幅图像去雨数据集和深度学习算法的联合评估与展望

雨天会影响室外图像捕捉的质量,进而引起户外视觉任务性能下降。基于深度学习的单幅图像去雨研究因算法性能优越而引起了大家的关注,并且聚焦点集中在数据集的质量、图像去雨方法、单幅图像去雨后续高层任务的研究和性能评价指标等方面。为了方便研究者快速全面了解该领域,本文从上述4个方面综述了基于深度学习的单幅图像去雨的主流文献。依据数据集的构建方式将雨图数据集分为4类：基于背景雨层简单加和、背景雨层复杂融合、生成对抗网络 (generative adversarial network,GAN)数据驱动合成的数据集,以及半自动化采集的真实数据集。依据任务场景、采取的学习机制以及网络设计对主流算法分类总结。综述了面向单任务和联合任务的去雨算法,单任务即雨滴、雨纹、雨雾和暴雨的去除;联合任务即雨滴和雨纹、所有噪声去除。综述了学习机制和网络构建方式(比如:卷积神经网络 (convolutional neural network,CNN)结构多分支组合,GAN的生成结构,循环和多阶段结构,多尺度结构,编解码结构,基于注意力,基于Transformer)以及数据模型双驱动的构建方式。综述了单幅图像去雨后续高层任务的研究文献和图像去雨算法性能的评价指标。通过合成数据集和真实数据集上的综合实验对比,证实了领域知识隐式引导网络构建可以有效提升算法性能,领域知识显式引导正则化网络的学习有潜力进一步提升算法的泛化性。最后,指出单幅图像去雨工作目前面临的挑战和未来的研究方向。     

基于传递注意力机制的非均匀雾图去雾算法

针对非均匀雾霾图像难以建模、去雾时容易出现残留的问题,文中提出基于传递注意力机制的非均匀雾图去雾算法.针对雾霾分布的非均匀性,在网络中构建传递注意力机制,使注意力特征图中的权重信息在各个注意力块之间流动,有针对性地处理非均匀有雾图像中的雾霾噪声.为了减少普通深度卷积导致复原图像中细节信息丢失问题,构建稀疏结构平滑空洞卷积,用于提取图像特征,在保证较大感受野的同时保留更多的细节信息.最后,并联一个轻量级的残差块结构,用于补充重构图像的色彩、细节信息.实验表明,文中算法在非均匀有雾图像数据集和人工合成有雾图像数据集上均能取得较优效果,在主观效果和客观指标上都具有较大优势.     

基于动态卷积核的自适应图像去雾算法

现有图像去雾方法普遍存在去雾不彻底、容易出现颜色失真等问题,基于传统深度学习模型的图像去雾方法多采用静态推理模式,在该模式下,模型对不同样本会采用同样的、固定的参数设置,从而抑制了模型的表达能力,影响图像的去雾效果。针对以上问题,文中提出了一种基于动态卷积核的自适应图像去雾算法,该算法包括编码网络、自适应特征增强网络和解码网络3个部分。文中采用动态卷积、密集残差、注意力机制设计了自适应特征增强网络,该网络主要包括动态残差组件和动态跨层特征融合组件。动态残差组件由动态密集残差模块、一个卷积层和双注意力模块构成,其中动态密集残差模块将动态卷积引入密集残差模块,同时设计了一个基于注意力的权重动态聚合子网络,动态地生成卷积核参数以达到样本自适应的目的,在减少信息丢失的同时增强了模型的表达能力;双注意力模块结合通道注意力和像素注意力,使模型更加关注图像通道之间的差异性以及雾霾分布不均匀的区域。动态跨层特征融合组件通过动态融合不同阶段的特征,来学习丰富的上下文信息,防止网络深层计算时遗忘网络的早期特征,同时极大地丰富了特征表示,有利于模型对无雾图像细节信息的恢复。在合成数据集和真实数据集上进行了大...     

基于倍频卷积和注意力机制的图像去雨

针对机器视觉场景图像中由于雨线影响导致背景信息模糊、损失的问题,提出一种基于倍频卷积和注意力机制的图像去雨方法.首先,建立基于空-频域去雨模型,设计基于空间尺度变换和倍频卷积的频率特征分解模块,通过学习得到频率特征和雨线特征的映射关系,降低低频特征空间冗余,提高网络运行效率;其次,设计多层通道注意力模块映射雨线层权重信息,增强重要特征,挖掘雨线层之间的亮度差异,提高雨线检测性能;最后,通过序列操作迭代分解出不同成分的雨线信息,进而完成场景图像去雨.实验结果表明,所提方法对不同方向、形状的雨线和雨滴具有良好的去除性能,同时对于背景图像的细节与边缘信息也具有较好的保护作用.     

基于卷积长短期记忆的残差注意力去雨网络

无人驾驶汽车在雨天环境中行驶,由于车载相机采集的图片包含雨纹噪声,导致无人驾驶系统的目标检测精度降低,关键目标识别困难。为解决这些问题,提出了一种基于卷积长短期记忆的残差注意力去雨网络。首先提出卷积长短期记忆（CLSTM）单元对不同尺度的雨纹分布进行学习,然后使用残差通道注意力机制对雨纹进行提取,最后将雨图与雨纹提取信息相减得到修复后的背景图。为确定最优的网络结构,对各网络模块进行消融实验,然后选择去雨效果最优的结构作为去雨网络。通过对网络参数的不断优化,所提算法在数据集Rain100H、Rain100L、Real200上进行测试,结果显示该算法的峰值信噪比（PSNR）分别达到29.1 dB、33.1 dB、32.4 dB,结构相似性（SSIM）分别达到0.89、0.94和0.93。实验结果表明,通过生成对抗网络（GAN）判别器对雨纹去除效果的额外监督,所提算法取得了明显的雨纹去除效果,增强了无人驾驶系统在复杂降雨条件下的环境感知能力。     

基于半监督学习的单幅图像去雨算法

在雨天采集的图像通常存在背景物体被雨纹遮挡、图像变形等影响图像质量的现象,对后续图像分析及应用造成严重影响。近年来,已经提出了许多基于深度学习的去雨算法并获得了较好的效果。由于真实雨图的无雨纹干净背景图采集非常困难,大多数算法都采用监督学习即在含有配对标签的合成雨图数据集上进行模型训练。由于合成雨图和真实雨图中雨纹的亮度、透明度、形状等存在巨大差异,基于监督学习的去雨算法对真实雨图的泛化能力普遍较差。为提高去雨模型对真实雨图的去雨效果,提出了一种基于半监督学习的单幅图像去雨算法。该算法在模型训练过程中加入合成雨图和真实雨图并最小化两个输入图像转换成的特征向量的一阶信息和二阶统计信息差异,使两者特征分布一致。同时,针对雨纹复杂多样的特点,引入多尺度网络以获取更丰富的图像特征,并提高模型性能。实验结果表明,所提算法在Rain100H合成雨图测试集上相较JDNet、Syn2Real等算法在峰值信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）上分别至少提升了0.66 dB、0.01,在去除雨纹的同时能最大限度保留图像细节和颜色信息;并且由于减少了分布差异,该算法在真实雨图测试集上的去雨效果明显优于现有的JDNet、Syn2Real等去雨算法,具有较强的泛化能力。所提算法可以应用于现有的基于监督学习的去雨算法并显著提高其去雨效果,拥有较高的独立性。     

Densely connected multi-scale de-raining net

Rainy images severely degrade the visibility and make many computer vision algorithms invalid. Hence, it is necessary to remove rain streaks from single image. In this paper, we propose a novel network to handle with single image de-raining, which includes two modules: (a) multi-scale kernels de-raining layer and (b) multi-scale feature maps de-raining layer. Specifically, as spatial contextual information is important for single image de-raining, we develop a multi-scale kernels de-raining layer, which can utilize the multi-scale kernel that has receptive fields with different sizes to further capture the contextual information and these features are fused to learn the primary rain streaks structures. Moreover, we illustrate that convolution layers at different scales have similar structure of rain streaks by statistical pixel histogram and they can be processed in the same operation. So, we deal with the rain streaks information at different scales by using multi-scale kernels de-raining layers with shared parameters, where we call this operation as multi-scale feature maps de-raining layer. Finally, we employ dense connections to connect multi-scale feature maps de-raining layers to maximize the information flow along features from different levels. Quantitative and qualitative experimental results demonstrate the superiority of proposed method compared with several state-of-the-art de-raining methods, while the parameters of our proposed method are greatly reduced that benefits from the proposed shared parameters strategy at different scales

     

自适应卷积的残差修正单幅图像去雨

目的 雨天户外采集的图像常常因为雨线覆盖图像信息产生色变和模糊现象。为了提高雨天图像的质量,本文提出一种基于自适应选择卷积网络深度学习的单幅图像去雨算法。方法 针对雨图中背景误判和雨痕残留问题,加入网络训练的雨线修正系数（refine factor,RF）,改进现有雨图模型,更精确地描述雨图中各像素受到雨线的影响。构建选择卷积网络（selective kernel network,SK Net）,自适应地选择不同卷积核对应维度的信息,进一步学习、融合不同卷积核的信息,提高网络的表达力,最后构建包含SK Net、refine factor net和residual net子网络的自适应卷积残差修正网络（selective kernel convolution using a residual refine factor,SKRF）,直接学习雨线图和残差修正系数（RF）,减少映射区间,减少背景误判。结果 实验通过设计的SKRF网络,在公开的Rain12测试集上进行去雨实验,取得了比现有方法更高的精确度,峰值信噪比（peak signal to noise ratio,PSNR）达到34.62 dB,结构相似性（structural similarity,SSIM）达到0.970 6。表明SKRF网络对单幅图像去雨效果有明显优势。结论 单幅图像去雨SKRF算法为雨图模型中的雨线图提供一个额外的修正残差系数,以降低学习映射区间,自适应选择卷积网络模型提升雨图模型的表达力和兼容性。     

单张图像去雨的多流细节加强网络

对于低等级的计算机视觉任务来说,图像去雨一直是一个热点问题.由于图像中雨线的密度不均一,导致单张图片中去雨成为极富有挑战性的问题.针对目标图像重点关注的两个部分：图像的整体结构和图像的细节,本文提出一种新颖的多流特征融合的卷积神经网络算法,通过多样的网络框架呈现优越的性能.该网络算法采用三条分支网络提取复杂多向的雨线特征,并运用级联的方式特征融合,通过与原图像结合去除有雨图的雨线,再经过细节加强网络获得高质量的无雨图.在合成的数据集以及真实雨图集下的去雨性能表明,所提出的算法与现有的基于深度学习的去雨算法相比,能够在去除雨线的同时保留更多的细节,保证了图片的质量.     

基于注意力生成对抗网络的单幅图像去雨方法

下雨是一种常见的天气现象,而滞留在图像上的雨条纹降低了图像的清晰度以及影响了基于该图像的后续图像处理。从图像中去除雨的关键是如何准确、鲁棒地识别图像中的雨区域。使用导向滤波器和Haar小波变换组成的雨线提取模块来增强雨条纹特征提取,然后通过空间关注模块生成雨线注意力图,以准确定位雨条纹的位置。两者结合后,获得降雨条纹的前景信息再通过生成对抗网络训练机制中相互博弈的特征,可以增强雨条位置识别能力,并有效地去除雨条纹。在综合测试数据集和真实图像上进行实验,对比几种深度网络去雨方法,峰值信噪比（PSNR）和结构相似比（SSIM）都得到提升。实验表明,该网络具有出色的性能,对于不同的雨条纹密度具有较高的泛化能力同时可以更好地保持图像的原有信息,避免图像模糊现象。