基于深度残差网络的单幅大倍率超分辨率重建模型研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61901221
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0116.图像信息处理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Super-resolution reconstruction is an effective technique to enhance image resolution and therefore has a wide range of practical applications. The current challenge of this area lies in the handling of single image super-resolution at large upscaling factors. Its difficulties are derived from both the loss of a large amount of high-frequency information and the space and scale mismatch between the images before and after reconstruction. Therefore, this project will focus on the research on single image super-resolution reconstruction model at large upscaling factors based on deep residual network. Firstly, to effectively alleviate the mismatch between the images before and after reconstruction, a post-sampling and feature-space-learning-based method is studied by the construction of a trainable stepwise upsampling mechanism and the usage of data manifold simplification, so as to improves the model prediction accuracy and reconstruction performance. Secondly, the redundancy of the BN structure in the network is verified in order to optimize the existing structure of the residual reconstruction network. Meanwhile, the convolutional layers of the network are upgraded and enlarged from the aspects of their depth, width and channel configuration. Based on this, an enhanced deep residual network is built, which will have larger size and improved performance. Finally, in order to break the limitation of the conventional loss function, a visual-perception-based loss function is designed. This loss considers the changes in the local structures and in each single pixel simultaneously. In doing so, it can improve the performance and robustness of the network after training. Through the above research, a novel method that can solve the problem of single image super-resolution reconstruction at large upscaling factors will be formed.
超分辨率重建是一种增强图像分辨率的有效技术,应用十分广泛。在该领域中,单幅图像的大倍率重建是现今难点,问题的困难在于大量高频信息的丢失以及重建前后图像空间尺度的极度不匹配。因此,本项目将围绕基于深度残差网络的单幅大倍率超分辨率重建模型展开研究。首先,通过构建可训练的逐步上采样机制同时配合数据流形简化思想,研究一种后置上采样的特征空间学习方法,有效缓解重建图像间的不匹配性,提升模型估计准确度及重建效果。其次,验证模型中BN结构的冗余性,以优化残差重建网络的现有结构,并从深度、宽度、通道配置等方面对网络中卷积成分进行升级拓展,构建一种增强的深度残差网络模型,提升网络规模及表现能力。最后,为打破传统损失函数的局限,研究设计基于视觉感知的损失函数,该损失同时考虑图像的局部结构变化和单个像素偏差,能够提升训练后网络的性能及鲁棒性。通过以上研究,将形成一种解决单幅大倍率超分辨率重建问题的新方法。

结项摘要

超分辨率重建是一种增强图像分辨率的有效技术,应用十分广泛。在该领域中,单幅图像的大倍率重建是现今难点,问题的困难在于大量高频信息的丢失以及重建前后图像空间尺度的极度不匹配。因此,本项目围绕基于深度残差网络的单幅大倍率超分辨率重建模型展开研究,主要研究进展包括:(1)构建了一种后置上采样的特征空间学习方法,有效缓解重建图像间的不匹配性,提升模型估计准确度及重建效果;(2)优化了残差重建网络的现有结构,据此提出了一种增强的深度残差网络模型,提升网络规模及表现能力;(3)设计了一种基于视觉感知损失函数的生成对抗式训练方法,打破传统损失函数的局限;同时,围绕项目相关扩展及应用问题:(4)提出了一种两段式卷积神经网络模型,有效解决零样本学习低照度图像增强中的色彩失真和噪声干扰问题;(5)探索了项目核心成果在林业特色领域中的应用,主要涵盖了工程竹材裂纹检测和林业遥感图像增强等两方面。本项目研究形成了一种解决单幅大倍率超分辨率重建问题的新方法。.整体来说,本项目完成了预定的研究内容,并在此基础上做出了进一步的扩展。在项目资助下,共计发表学术论文17篇,其中SCI期刊论文13篇,中文期刊论文4篇。申请国家发明专利5项,其中已授权1项。登记软件著作权2项。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
残差网络在工程竹材图像超分辨率中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    林业机械与木工设备
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘铮;刘英;庄子龙;谢超
  • 通讯作者:
    谢超
Driver Drowsiness Recognition via 3D Conditional GAN and Two-Level Attention Bi-LSTM
通过 3D 条件 GAN 和两级注意力 Bi-LSTM 进行驾驶员睡意识别
  • DOI:
    10.1109/tcsvt.2019.2958188
  • 发表时间:
    2020-12-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Hu, Yaocong;Lu, Mingqi;Lu, Xiaobo
  • 通讯作者:
    Lu, Xiaobo
Crack Detection Method for Engineered Bamboo Based on Super-Resolution Reconstruction and Generative Adversarial Network
基于超分辨率重建和生成对抗网络的工程竹裂纹检测方法
  • DOI:
    10.3390/f13111896
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    Forests
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Zhou Haiyan;Liu Ying;Liu Zheng;Zhuang Zilong;Wang Xu;Gou Binli
  • 通讯作者:
    Gou Binli
An Improved Algorithm for Low-Light Image Enhancement Based on RetinexNet
基于RetinexNet的弱光图像增强改进算法
  • DOI:
    10.3390/app12147268
  • 发表时间:
    2022-07-01
  • 期刊:
    APPLIED SCIENCES-BASEL
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Tang, Hao;Zhu, Hongyu;Xie, Chao
  • 通讯作者:
    Xie, Chao
FIN-GAN: Face illumination normalization via retinex-based self-supervised learning and conditional generative adversarial network
FIN-GAN:通过基于 Retinex 的自监督学习和条件生成对抗网络进行面部照明标准化
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2021.05.063
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Yaocong Hu;Mingqi Lu;Chao Xie;Xiaobo Lu
  • 通讯作者:
    Xiaobo Lu

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其他文献

脉冲激光沉积法制备CeO2薄膜的阻变特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王胜斌;谢超;申自勇
  • 通讯作者:
    申自勇
基于胰高糖素样肽1药物的胰腺安全性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢超;洪天配
  • 通讯作者:
    洪天配
添加表面改性纳米氧化锌对颌面赝复硅橡胶机械性能影响的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    临床口腔医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩颖;赵铱民;谢超
  • 通讯作者:
    谢超
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢超;周本刚;李正芳;章龙胜;李姜一;许冲;刘红
  • 通讯作者:
    刘红
孪晶及晶粒尺寸分布对高应变速率轧制AZ31镁合金板材强韧化的影响
  • DOI:
    10.11817/j.ysxb.1004.0609.2021-37936
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国有色金属学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱必武;杨伟成;谢超;刘筱;吴远志;万泉慧;唐昌平
  • 通讯作者:
    唐昌平

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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