(cvpr2019) The Degradation Model and Solution of DPSR


新的退化模型:

$y = (x\downarrow_{s}) \otimes k + n $

其中$\downarrow_{s}$代表尺度因子為$s$的雙三次下采樣,$y$表達的是低分辨率圖像(經過雙三次下采樣),該圖像是高分辨率的圖像$x$的模糊和噪聲版本。

下一步再列出能量公式(energy function),根據最大后驗估計(Maximum A Posteriori probability):

$min_{x}\frac{1}{2\sigma^{2}}||y-(x\downarrow_{s}\otimes k)||^{2} + \lambda\phi(x)$

其中$\frac{1}{2\sigma^{2}}||y-(x\downarrow_{s}\otimes k)||^{2} $是數據保真項(data fidelity)也是似然,該項被退化模型決定($\sigma$表示噪聲水平noise level);$\phi (x)$是正則化也是先驗。

使用變量分割(這里取決HQS算法,half quadratic splitting),引入輔助變量:

$\hat{x} = argmin_{x}\frac{1}{2\sigma^{2}}||y-z\otimes k||^{2} + \lambda \phi(x) ==》 z = x\downarrow_{s}$    

HQS算法處理上式,最小化下面的問題:

$L_{\mu}(x,z) =\frac{1}{2\sigma^{2}}||y-(z \otimes k)||^{2} + \lambda\phi(x) + \frac{\mu}{2}||z-x\downarrow_{s}||^{2}$

其中$\mu$是懲罰參數,非常大的$\mu$強迫$z$近似等於$x\downarrow_{s}$

上式使用兩個迭代公式解決:

(1) $z_{k+1} = argmin_{z} ||y-(z \otimes k)||^{2} + \mu \sigma^{2} ||z-x\downarrow_{s}||^{2}$

(2) $x_{k+1} = argmin_{x} \frac{\mu}{2}||z-x\downarrow_{s}||^{2} + \lambda\phi(x) $

式子2,從貝葉斯觀點:

(3) $x_{k+1} = argmin_{x}\frac{1}{2(\sqrt{1/\mu})^{2}}||z_{k+1}-x\downarrow_{s}||^{2} + \lambda \phi(x)$ 

$z_{k+1}$對應超分辨率圖像,其中尺度因子為$s$,而且假設$z_{k+1}$是一個從高分辨率圖像$x$經過雙三次下采樣得到的;同時,遭受了噪聲水平為$\sqrt{1/\mu}$的加性高斯白噪聲。

上面的公式所代表的超分辨率問題,相當於解決下面的簡單雙三次退化模型,as follows:

$y = x\downarrow_{s} + n$

所以解決上式的簡單雙三次退化模型問題,在廣泛應用的雙三次退化的基礎上,在一定的噪聲水平下,插入基於dnn的超分解器來代替公式3。公式2和公式3可以進一步的寫成下式:

$x_{k+1} = SR(z_{k+1}, s, \sqrt{1/ \mu})$

模糊核K只能夠利用公式1,來解決模糊失真(distortion of blur),同時,它使當前的估計變得不那么模糊。

公式2將模糊程度較低的圖像映射到更清晰的HR圖像,經過公式1、2多次交替迭代,

最終可以重建的HR圖像沒有模糊和噪聲。


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