论文笔记:MPRNet: Multi-Stage Progressive Image Restoration

相关方法

单阶段、多阶段、注意力

方法

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将图像分割为不重叠的patches:四个用于第一阶段,两个用于第二阶段,原始图像用于最后一阶段。残差学习: X S = I + R S X_S=I+R_S XS=I+RS,损失函数为 L = ∑ S = 1 3 [ L c h a r ( X S , Y ) + λ L e d g e ( X S , Y ) ] \mathcal{L}=\sum_{S=1}^{3}\left[\mathcal{L}_{c h a r}\left(\mathbf{X}_{S}, \mathbf{Y}\right)+\lambda \mathcal{L}_{e d g e}\left(\mathbf{X}_{S}, \mathbf{Y}\right)\right] L=S=13[Lchar(XS,Y)+λLedge(XS,Y)]

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编码-解码子网络:首先,我们添加通道注意块(CAB)以提取每个尺度的特征。其次,U-Net Skip连接处的特征图也会通过CAB进行处理。最后,我们没有使用转置卷积来提高解码器中特征的空间分辨率,而是在卷积层之后使用双线性上采样。这有助于减少输出图像中因转置卷积而产生的棋盘效应。
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CAB结构如下:论文笔记:MPRNet: Multi-Stage Progressive Image Restoration_第4张图片
在最后一阶段引入了原始分辨率子网络(ORSNet)。ORSNet不采用任何下采样操作,并生成空间丰富的高分辨率特征。它由多个原始分辨率块(ORB)组成,每个原始分辨率块还包含CAB。ORB的结构如下:论文笔记:MPRNet: Multi-Stage Progressive Image Restoration_第5张图片
交叉阶段的特征融合:我们在两个编码器-解码器之间以及编码器-解码器和ORSNet之间引入了CSFF模块。请注意,一个阶段的特征首先用1×1卷积进行细化,然后再传播到下一阶段进行聚合。CSFF有几个优点。首先,由于在编码器-解码器中重复使用上下采样操作,使得网络不易受到信息丢失的影响。第二,一个阶段的多尺度特征有助于丰富下一阶段的特征。第三,网络优化过程变得更加稳定,因为它简化了信息流,从而允许我们在总体架构中添加几个阶段。 论文笔记:MPRNet: Multi-Stage Progressive Image Restoration_第6张图片
在每两个阶段之间引入一个监督注意力模块,这有助于实现显著的性能提升。首先,它提供了对每个阶段的渐进式图像恢复有用的地面真实监控信号。其次,在局部监督预测的帮助下,我们生成注意力图来抑制当前阶段信息量较小的特征,只允许有用的特征传播到下一阶段。 论文笔记:MPRNet: Multi-Stage Progressive Image Restoration_第7张图片
SAM接受早期阶段的特征 F i n ∈ R H × W × C F_{in}∈ R^{H×W×C} FinRH×W×C,首先使用一个简单的1×1卷积生成残差图像 R S ∈ R H × W × 3 R_S∈ R^{H×W×3} RSRH×W×3。将残差图像添加到降级的输入图像 I I I以获得恢复的图像 X S ∈ R H × W × 3 X_S∈R^{H×W×3} XSRH×W×3。对于这个预测图像 X S X_S XS,我们用地面真实图像(GT)提供明确的监督。接下来,每(per)像素的注意力Masks M ∈ R H × W × C M∈ R^{H×W×C} MRH×W×C由图像 X S X_S XS使用1×1卷积和Sigmoid激活生成。然后,这些Masks用于重新校准变换后的局部特征 F i n F_{in} Fin(在1×1卷积后获得),从而产生被添加到恒等映射路径的注意力引导特征。最后,SAM生成的注意力增强特征表示 F o u t F_{out} Fout被传递到下一阶段进行进一步处理。

实验设置

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消融实验:论文笔记:MPRNet: Multi-Stage Progressive Image Restoration_第9张图片

代码

https://github.com/swz30/MPRNet

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