基于深度学习的图像超分辨率算法研究

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超分辨率重建技术是通过算法将低分辨率图像中缺失的高频信息还原,重建出高分辨率图像。基于深度学习的超分辨率重建方法能自动提取图像的特征,避免手动选择特征而出现信息缺失的问题,但出现了梯度消失,模型训练不稳定的新问题,而且对于色彩丰富的图像在重建过程中还会出现失真问题。为了解决上述问题,提高重建图像的质量,本文研究注意力机制和生成对抗网络在超分辨率领域的优化方法,提出了两个新的超分辨率重建算法,本文的主要工作如下:(1)提出一种残差注意力机制的超分辨率重建算法(RAMSR)。首先构建了一个全局残差和局部残差的级联残差网络,既能充分挖掘图像内部特征,又能缓解网络退化的问题;然后在局部残差网络中加入改进的通道注意力机制网络,增强神经网络提取高频特征的能力;最后在通道注意力机制单元前引入深度可分离卷积网络用于减少模型参数,提高参数利用率。实验结果表明,与SRCNN、VDSR、EDSR和RCAN等方法相比,RAMSR算法提高了重建图像的质量,减少了模型参数,同等条件下减少了训练的时间。(2)提出一种残差混合注意力机制的生成对抗网络算法(RHAMGAN)。在SRGAN的基础上,对生成网络和判别网络进行了改进。一是在生成网络中,设计一种基于残差密集网络的生成网络,并在其中加入改进的混合注意力机制,让神经网络更加关注图像高频信息,使生成网络生成的图像与原图像更相似;二是在判别网络中,用相对判别网络代替标准判别网络,让神经网络输出真实图像比假图像更真实的概率,使学习的纹理更细致。实验结果表明,与SRGAN方法相比,RHAMGAN算法能提升PSNR和SSIM均值、减少伪影现象,图像重建效果良好、真实感更强。
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