Learning Deep CNN Denoiser Prior for Image Restoration閱讀筆記


introduction

圖像恢復目標函數一般形式:

      

前一項為保真項(fidelity),后一項為懲罰項,一般只與去噪有關。

基於模型的優化方法可以靈活地使用不同的退化矩陣H來處理不同的圖像恢復問題,而判別學習方法通過訓練圖像對數據集來學習圖像退化模型。

基於模型的優化方法可以靈活的處理不同的逆問題(inverse problem),但通常耗時較多,而且需要復雜的先驗,而判別學習方法速度快,但應用范圍受一定限制。

采用分裂變量的方法(ADMM、半二次分裂(HQS)等),可以將判別學習方法訓練的CNN去噪器作為模塊插入基於模型的優化方法中,以解決其他逆問題(例如去模糊)。

半二次分裂HQS

分裂變量:

      

代價函數:

      

µ是一個在迭代中非增的懲罰參數。

重復迭代,交替對x,z更新:

      

其中第一項x是保真項(fidelity term,第二項是懲罰項(regularization term,第一項根據不同的退化矩陣有許多方法可以解出來。一個直接的解為:

      

而第二項可以寫成高斯去噪器(噪聲級別√λ/µ)形式:

      

這樣圖像先驗Φ部分可以替代為去噪先驗,這樣一來,當圖像先驗條件未知或不足時,可以采用各種去噪器作為替代補充,也可以利用不同圖像先驗來聯合求解一個互補去噪算法。這個性質在其他優化方法(如ISTA、FISTA等)中同樣奏效,只要這個算法中有去噪子問題。

CNN去噪器

CNN相對於傳統的去噪器(全變差、高斯混合模型、K-SVD、非局部均值、BM3D等)具有速度、性能和泛化能力上的優勢。

CNN去噪器結構

      

s-DConv” denotes s-dilated convolution, s= 1, 2, 3 and 4. A dilated filter with dilation factor scan be simply interpreted as a sparse filter of size (2s+1) ×(2s+1) where only 9 entries of fixed positions are non-zeros.

整個算法過程:

    

通過迭代,實現交替對x,z更新,其中對z更新使用CNN denoiser.

results

去噪結果

去模糊結果

超分辨結果

 


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