CV | EDSR: Enhanced Deep Super-Resolution Network增强深度超分网络的论文学习笔记

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概览

EDSR是一篇经典的超分论文,在NTIRE 2017比赛的超分挑战中获胜,并在2017年发表成文。EDSR对后续的超分算法有很重要的影响,至今(2021年)在学术界也常被引用,同时也很受工业界落地需求的欢迎。下面是EDSR的几个主要创新点:

  • 通过去除传统残差网络中不必要的模块,EDSR在效果上获得了显著的提高。
  • 通过扩大模型参数、增加模型参数,且同时稳定训练过程,EDSR的效果得到了进一步提升。
  • 同时,本文还提出了一个针对不同尺度的深度超分系统MDSR(Multi-Scale Deep Super-Resolution),该系统可以对图像同时进行不同倍数的放大(x2/x3/x4)。
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解决的问题

所有算法的提出都是为了解决和改进一些问题,EDSR作者发现的问题如下:

  • 首先,DNN超分模型的效果性能对模型结构的改变非常敏感,即使模型结构变化很小。
  • 其次,大部分现有(2017年前)的超分算法都将不同放大倍数(x2/x3/x4)的超分任务区分为独立的任务来处理,针对不同倍数训练单独的模型。这样的做法忽略了不同放大尺度的超分任务和数据之间的相关性。

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方法

接下来开始具体的EDSR模型介绍。首先就单一放大倍数的EDSR模型结构进行介绍,然后再介绍多尺度超分结构MDSR。

残差卷积模块 Residual Blocks

通过使用更好的残差卷积块(residual block)提高模型的超分性能。具体细节的比较如下图2所示。
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在EDSR的残差block中,作者移除了bn层(batch normalization)。很多后续的超分工作以及图像生成的算法都沿用了这个思路,如Nah在[1]中的分析,bn层会在图像中引入额外的模糊效果。

单尺度超分模型

单尺度(single-scale)的EDSR模型由图2中的residual block构成。整体的模型框架如下图3所示,作者最终设计的EDSR模型卷积层数设为B=32,特征channel数设为F=256。

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在训练x3和x4的模型时,使用x2模型的参数进行初始化会加速x3和x4模型的收敛过程。
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多尺度模型

这篇文章中的另一个创新点是设计了一个多尺度的超分模型系统(multi-scale),残差卷积模块数B设为16,具体的模型结构设计如下。
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各模型结构的参数量对比如下表所示:
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实验结果

实验结果当然是很好的啦!表格里记录的是EDSR和MDSR与SOTA算法在DIV2K验证集上的性能值(PSNR/SSIM)。
DIV2K验证集上的性能结果
在x4超分任务上的视觉效果比较。

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