Khử nhiễu Poisson trên ảnh số dựa trên học tương phản tăng cường




##plugins.themes.academic_pro.article.main##
Author
-
Phạm Công ThắngTrường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, Việt NamPhan Minh NhậtTrường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, Việt Nam
Từ khóa:
Tóm tắt
Khử nhiễu Poisson trên ảnh số là một thách thức quan trọng trong xử lý ảnh, đặc biệt khi nhiễu phụ thuộc tín hiệu và thay đổi theo cường độ tín hiệu. Các phương pháp khử nhiễu hiện nay chủ yếu dựa trên giả định nhiễu Gaussian, do đó không thể áp dụng hiệu quả với nhiễu Poisson. Nghiên cứu này giới thiệu phương pháp khử nhiễu ảnh thông qua học tương phản có giám sát (PDSCL) nhằm giải quyết vấn đề này. Phương pháp sử dụng mạng nơ-ron để học các biểu diễn thưa, mô hình hóa các vùng ảnh tương tự và lặp lại, từ đó tăng khả năng khử nhiễu. Đồng thời, học tương phản tăng cường được áp dụng bằng cách sử dụng các ảnh nhiễu hoặc đã khôi phục làm ví dụ tiêu cực trong không gian đồng thuận, cải thiện hiệu quả khử nhiễu. Để khắc phục sự mơ hồ trong quá trình học, nhóm tác giả đề xuất chiến lược học sắp xếp ví dụ tiêu cực theo mức độ khó, nhằm tối ưu hóa hiệu suất của giải pháp đề xuất.
Tài liệu tham khảo
-
[1] Chen, X. Lu, J. Zhang, X. Chu, and C. Chen, “Hinet: Half instance normalization network for image restoration”, in Proc. IEEE/CVF Conf. Comput. Vis. Pattern Recognit., Nashville, USA, 2021, pp. 182-192.
[2] W. Zamir et al., “Multi-stage progressive image restoration”, in in Proc. IEEE/CVF Conf. Comput. Vis. Pattern Recognit., Nashville, USA, 2021, pp. 14821-14831.
[3] Moshkov, Confocal Laser Scanning Microscopy of Living Cells: Fluorescence Methods for Investigation of Living Cells and Microorganisms, IntechOpen publisher, 2020.
[4] Aldaz, L. M. Escudero, and M. Freeman, “Live imaging of drosophila imaginal disc development”, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., vol. 107, no. 32, pp. 14217-14222, 2010. https://doi.org/10.1073/pnas.1008623107.
[5] Ulyanov, A. Vedaldi, and V. Lempitsky, “Deep Image Prior”, Int. J. Comput. Vis., vol. 128, pp. 1867–1888, 2020. https://doi.org/10.1007/s11263-020-01303-4
[6] Simon and M. Elad, “Rethinking the CSC model for natural images”, in Proc. Adv. Neural Inf. Process. Syst., Vancouver, Canada, 2019, pp. 2271-2281.
[7] Aich, A. Gupta, R. Panda, R. Hyder, M. S. Asif, and A. K. R. Chowdhury, “Non-adversarial video synthesis with learned priors”, in Proc. IEEE/CVF Conf. Comput. Vis. Pattern Recognit., Seattle, USA, 2020, pp. 6090-6099.
[8] Krull, T. O. Buchholz, and F. Jug, “Noise2void-learning denoising from single noisy images”, in Proc. IEEE/CVF Conf. Comput. Vis. Pattern Recognit., Long Beach, USA, 2019, pp. 2129-2137.
[9] Lehtinen et al., “Noise2noise: Learning image restoration without clean data”, in Proc. 35th Int. Conf. Mach. Learn., Stockholm Sweden, 2018, pp. 2965-2974.
[10] Guo et al., “HCSC: Hierarchical Contrastive Selective Coding”, in Proc. IEEE/CVF Conf. Comput. Vis. Pattern Recognit., New Orleans, USA, 2022, pp. 9696-9705.
[11] He, H. Fan, Y. Wu, S. Xie, and R. Girshick, “Momentum Contrast for Unsupervised Visual Representation Learning”, in Proc. IEEE/CVF Conf. Comput. Vis. Pattern Recognit., Seattle, USA, 2020, pp. 9726-9735.
[12] Salmon, Z. Harmany, C.-A. Deledalle, and R. Willett, “Poisson noise reduction with non-local pca”, J. Math. Imaging Vis., vol. 48, pp. 279-294, 2014. https://doi.org/10.1007/s10851-013-0435-6
[13] Raginsky, R. M. Willett, Z. T. Harmany, and R. F. Marcia, “Compressed sensing performance bounds under poisson noise”, IEEE Trans. Signal Process., vol. 58, no. 8, pp. 3990-4002, 2010. https://doi.org/ 10.1109/TSP.2010.2049997
[14] G. Yagola and Y. M. Korolev, “Error estimation in ill-posed problems in special cases”, in Proc. Appl. Inverse Probl., Springer Proc. Math. Stat., NY, USA, 2013, pp. 155-164.
[15] Mairal, F. Bach, J. Ponce, G. Sapiro, and A. Zisserman, “Non-local sparse models for image restoration”, in Proc. IEEE Int. Conf. Comput. Vis. (ICCV), Kyoto, Japan, 2009, pp. 2272-2279.
[16] Ge, X. Jiang, and Y. Ye, “A note on the complexity of lp minimization”, Math. Program., vol. 129, pp. 285-299, 2011. https://doi.org/10.1007/s10107-011-0470-2
[17] Daubechies, M. Defrise, and C. De Mol, “An iterative thresholding algorithm for linear inverse problems with a sparsity constraint”, Commun. Pure Appl. Math., vol. 57, no. 11, pp. 1413-1457, 2004. https://doi.org/10.1002/cpa.20042
[18] Horn, “The Hadamard product”, Sympos. Appl. Math. Amer. Math. Soc., vol. 40, pp. 87-169, 1990. https://doi.org/10.1090/psapm/040
[19] Khosla et al., “Supervised contrastive learning”, in Proc. 34th Int. Conf. Neural Inf. Process. Syst., NY, USA, 2020, pp. 18661-18673.
[20] Simonyan and A. Zisserman, “Very deep convolutional networks for large-scale image recognition”, in Proc. 3rd Int. Conf. Learn. Represent., San Diego, USA, 2015, pp. 1-14.
[21] Wang and A. C. Bovik, Modern Image Quality Assessment: Synthesis Lectures on Image, Video, and Multimedia Processing, Morgan and Claypool Publishers, 2006.
[22] Martin, C. Fowlkes, D. Tal, and J. Malik, “A database of human segmented natural images and its application to evaluating segmentation algorithms and measuring ecological statistics”, in Proc. 8th IEEE Int. Conf. Comput. Vis. (ICCV 2001), Vancouver, Canada, 2001, pp. 416-423.
[23] Agustsson and R. N. Timofte, “NTIRE 2017 Challenge on Single Image Super-Resolution: Dataset and Study”, in Proc. IEEE Conf. Comput. Vis. Pattern Recognit. Workshops (CVPRW), Honolulu, USA, 2017, pp. 1122-1131.
[24] Timofte, E. Agustsson, L. Van Gool, M.-H. Yang, and L. Zhang, “Ntire 2017 challenge on single image super-resolution: Methods and results”, in Proc. IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops (CVPRW), Honolulu, USA, 2017, pp. 1110-1121.
[25] Zhang, W. Zuo, Y. Chen, D. Meng, and L. Zhang, “Beyond a gaussian denoiser: Residual learning of deep cnn for image denoising”, IEEE Trans. Image Process., vol. 26, no. 7, 2017, pp. 3142-3155. https://doi.org/10.1109/TIP.2017.2662206
[26] Zhang et al., “A poisson-gaussian denoising dataset with real fluorescence microscopy images”. in Proc. IEEE/CVF Conf. Comput. Vis. Pattern Recognit., Long Beach, USA, 2019, pp. 11702-11710.
[27] Dabov, A. Foi, V. Katkovnik, and K. Egiazarian, “Image denoising by sparse 3-d transform-domain collaborative filtering”, IEEE Trans. Image Process., vol. 16, no. 8, pp. 2080-2095, 2007. https://doi.org/10.1109/TIP.2007.901238
[28] Kumwilaisak, T. Piriyatharawet, P. Lasang, and N. Thatphithakkul, “Image denoising with deep convolutional neural and multi-directional long short-term memory networks under poisson noise environments”, IEEE Access, vol. 8, pp. 86998-87010, 2020. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2991988
[29] C. K. Ta, A. Aich, A. Gupta, and A. K. Roy-Chowdhury, “Poisson2sparse: Self-supervised poisson denoising from a single image”, in Proc. Med. Image Comput. Comput. Assist. Interv., Singapore, 2022, pp. 557-567.