Channel Attention and Multi-level Features Fusion for Single Image Super-Resolution 文章的解读

本文介绍了一种新颖的递归网络结构,用于高效处理低分辨率图像的超分辨率任务。网络采用共享参数的递归单元,通过注意力机制优化通道权重,实现特征的有效提取与融合。文中还详细解析了多级特征融合过程,以及实验中使用的数据预处理和增强技术。

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因为每周都会有汇报的任务,所以就开个博客记录自己读过的文章。

文章地址:https://arxiv.org/pdf/1810.06935v1.pdf

文章的网络结构:

(i) 图片的上半部分是完整的网络结构,文中提出了一个新颖的递归网络,所有的递归单元都共享参数。

(ii) 低分辨率图像(LR)输入网络,分成两个分支。第一是水平方向,经过一个卷积层,在这里属于“特征提取层”。

(iii) 之后的所有递归块是进一步的特征提取部分。

(iv) 图中网络主线的上采样的前一层的卷积,在文中没有公式表示。

(v) 主线要上采样,LR也需要上采样。(这里这么做的主要原因是,减少计算量)上采样有各种方式,反卷积,pixel shuffle之类的。

(vi) 最后将主线和支线都加和在一起。

 

递归块(Recursive Unit)

Channel Attention

这个部分不是在这片文章第一次提出的,是在Squeeze-and-Excitation Networks这篇文章第一次提出的。

文章的链接在这里:https://arxiv.org/pdf/1709.01507.pdf

这里的部分,我之后抽时间写一下。

R^{0}是通过“注意力机制”选择出来的。就是每个通道前面都会乘上一个介于0和1 之间的实数,这里的注意力是“软注意力”。是区别于之前的平等对待每一个通道,也就是每一个特征图,加上这个之后,就会区别对待每一个通道。

 

Mutil-level Features Fusion 

Mutil-level Features 是每个递归块中的原图,浅层还有深层,就是对应的R^{0},R^{c1}还有R^{c2}

Fusion,就是图中的两条竖线。这里的融合是Dense“密集”操作。也就是串联操作,或者叫“排队”。

文中提到的R^{0}\in \mathbb{R}^{H\times W\times C}R^{c1}\in \mathbb{R}^{H\times W\times 2C}R^{c2}\in \mathbb{R}^{H\times W\times 4C}

R^{c1}=R^{0}\left | \right |H_{1}(R^{0}),这里就是R^{0}H_{1}(R^{0})排在一起,就是通道数变多。

最后一个1\times 1卷积是将通道数压缩,压缩到我们想要的数量。

 

Overall Structure

公式

                                                         U_{n}=F_{n}(...(F_{2}(F_{1}(U_{0})))...)           

                                                  I_{lr}=F_{up1}(U_{n})+F_{up2}(I_{lr})=I_{Rb}+I_{Ib}

        没发现递归块之后的卷积的公式,所以,这里有一小点问题。如果作者看到的话,希望给点解释。

 

实验细节:

使用291张图片,然后再加上旋转,翻转之类的操作来增加训练的数据集。然后将图片转成YCbCr通道,然后再将Y通道的图片提取出来,作为训练的数据集。

 

我会随时补充的。

### 循环挤压-激励上下文聚合网络在单张图像去雨中的应用 #### 网络结构概述 Recurrent Squeeze-and-Excitation Context Aggregation Network (RESCAN) 是一种专门针对单张图像去雨设计的深度学习模型。该网络旨在通过递归机制有效去除图像中的雨痕,从而提高图像质量[^3]。 #### 特征提取模块 输入含雨图像后,首先利用改进版 DenseNet 提取全局特征。此版本的 DenseNet 移除了转换层(1 Conv + 1 Pooling),因此不会执行下采样操作,有助于保留更多细节信息。 #### 子网工作流程 所提取的整体特征被送入多个并行工作的子网络中。每个子网络负责估算特定尺度下的雨纹图 \( R_i \),并通过累加获得当前阶段总的雨纹图。随后,将原图与所得雨纹图做减法运算得出初步清理后的图片。上述过程会迭代多次,在每一新轮次里以前一轮处理过的影像作为输入继续优化直至最终产出完全无雨斑点的照片。 #### 关键组件分析 - **循环卷积层**:为了更好地捕捉时间序列特性以及增强记忆能力,采用了具备 ResNet 快捷链接特性的循环卷积单元。 - **Squeeze-and-Excitation (SE)**:引入 SE 结构可以自动调整通道间权重分配,使得重要区域获得更多关注资源,进而改善视觉表现力[^5]。 - **未使用 Batch Normalization**:考虑到 BN 可能破坏原有空间关联性,并且增加额外计算负担,故而在本框架内舍弃了这项技术。实验证明这样做不仅提升了性能指标还减少了约40% 的 GPU 显存占用量[^4]。 ```python import torch.nn as nn class RESCAN(nn.Module): def __init__(self, num_stages=4): super(RESCAN, self).__init__() # Define feature extraction module based on modified DenseNet without transition layers # Define recurrent sub-networks using recursive convolutional units with ResNet shortcuts # Implement squeeze-and-excitation mechanism to enhance channel-wise attention def forward(self, x): features = self.feature_extraction(x) rain_maps = [] clean_image = None for stage in range(num_stages): current_rain_map = self.sub_network(features) rain_maps.append(current_rain_map) if stage == 0: clean_image = x - sum(rain_maps) else: clean_image = clean_image - sum(rain_maps[stage:]) return clean_image ```
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