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【干货】雾霾太重?深度神经网络教你如何图像去雾

编者按:本文作者蔡博仑,华南理工大学在读博士研究生。主要研究方向,机器学习,计算机视觉,图像处理等。 导读 北京城被中度污染天气包围,到处都是灰蒙蒙一片——雾霾天又来了。从11日起,雾霾天气就开始出现,根据北京环境监测中心最新预报,这一轮雾霾短期内不会明显好转,尤其是今明两天,北京空气质量维持在4级中度污染,雾霾会一直持续到本周日。 雾霾是特定气候与人类活动相互作用的结果。高密度人口的经济生产及社会活动会排放大量细颗粒物,一旦排放量超过大气循环和承载能力,悬浮颗粒受静稳天气的影响持续积聚,极易出现大范围的雾

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CANDY

单幅图像去雾是一个具有挑战性的不适定问题。文献中现有的去雾方法,包括最近引入的深度学习方法,将去雾问题建模为估计中间参数的问题,场景透射图和大气光。这些用于根据模糊输入图像计算无模糊图像。这种方法只关注中间参数的精确估计,而优化框架中没有考虑无霾图像的美学质量。因此,中间参数估计中的误差经常导致产生低质量的无霾图像。在本文中,我们提出了CANDY(基于条件敌对网络的模糊图像去雾),这是一个完全端到端的模型,它直接从模糊的输入图像生成一个干净的无模糊图像。CANDY还将无雾霾图像的视觉质量纳入优化函数;从而产生高质量的无雾度图像。这是文献中第一个提出用于单一图像去雾的完全端到端模型的作品之一。此外,这是第一个工作,以探索概念的生成敌对网络的问题,单一图像霾清除。CANDY在合成创建的雾霾图像数据集上进行训练,而评估是在具有挑战性的合成和真实雾霾图像数据集上进行的。CANDY的广泛评估和比较结果表明,它在定量和定性方面都明显优于文献中现有的最先进的去雾方法。

01

Cycle-Dehaze: Enhanced CycleGAN for Single Image Dehazing

在这篇文章中,我们提出了一个端到端的网络,称为Cycle-Dehaze,为单一图像去雾问题,它配对的有雾图像和其对应的图像进行训练。也就是说,我们通过以不成对的方式加入干净和模糊的图像来训练网络。此外,所提出的方法不依赖于大气散射模型参数的估计。我们的方法通过结合循环一致性和感知损失来增强CycleGAN方法,以提高纹理信息恢复的质量,并生成视觉上更好的无雾霾图像。典型地,用于去雾的深度学习模型将低分辨率图像作为输入并产生低分辨率输出。然而,在NTIRE 2018单幅图像去雾挑战中,提供了高分辨率图像。因此,我们应用双三次降尺度。从网络获得低分辨率输出后,我们利用拉普拉斯金字塔将输出图像提升到原始分辨率。我们在NYU-Depth、, I-HAZE, and O-HAZE数据集上进行了实验。大量实验表明,该方法从定量和定性两个方面改进了CycleGAN方法。

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DSNet:Joint Semantic Learning for Object

近五十年来,基于卷积神经网络的目标检测方法得到了广泛的研究,并成功地应用于许多计算机视觉应用中。然而,由于能见度低,在恶劣天气条件下检测物体仍然是一项重大挑战。在本文中,我们通过引入一种新型的双子网(DSNet)来解决雾环境下的目标检测问题。该双子网可以端到端训练并共同学习三个任务:能见度增强、目标分类和目标定位。通过包含检测子网和恢复子网两个子网,DSNet的性能得到了完全的提高。我们采用RetinaNet作为骨干网络(也称为检测子网),负责学习分类和定位目标。恢复子网通过与检测子网共享特征提取层,采用特征恢复模块增强可见性来设计。实验结果表明我们的DSNet在合成的有雾数据集上达到了50.84%的mAP,在公开的有雾自然图像数据集上达到了41.91%的精度。性能优于许多最先进的目标检测器和除雾和检测方法之间的组合模型,同时保持高速。

02

YOLO再战大雾天气 | IA-YOLO数据增强+感知损失,做到大雾天气无痛即可完成YOLO检测器的场景升级

基于图像增强的技术试图生成无雾图像。然而,从有雾图像中恢复无雾图像比在雾天图像中检测物体要困难得多。另一方面,基于领域适应的方法并不使用目标领域中的标记数据集。这两类方法都在尝试解决一个更难的问题版本。 FogGuard特别设计用来补偿场景中存在的雾天条件,确保即使在雾天也能保持稳健的性能。作者采用YOLOv3作为基准目标检测算法,并引入了一种新颖的“教师-学生”感知损失,以提高雾天图像中的目标检测准确度。 在如PASCAL VOC和RTTS等常见数据集上的广泛评估中,作者展示了作者网络性能的提升。作者证明,FogGuard在RTTS数据集上达到了69.43%的mAP,而YOLOv3为57.78%。 此外,作者表明,尽管作者的训练方法增加了时间复杂度,但在推理过程中与常规的YOLO网络相比,它并没有引入任何额外的开销。

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Object Detection in Foggy Conditions by Fusion of Saliency Map and YOLO

在有雾的情况下,能见度下降,造成许多问题。由于大雾天气,能见度降低会增加交通事故的风险。在这种情况下,对附近目标的检测和识别以及对碰撞距离的预测是非常重要的。有必要在有雾的情况下设计一个目标检测机制。针对这一问题,本文提出了一种VESY(Visibility Enhancement Saliency YOLO)传感器,该传感器将雾天图像帧的显著性映射与目标检测算法YOLO (You Only Look Once)的输出融合在一起。利用立体相机中的图像传感器对图像进行检测,利用雾传感器激活图像传感器,生成深度图来计算碰撞距离。采用去雾算法对基于区域协方差矩阵的显著性图像帧进行质量改进。在改进后的图像上实现了YOLO算法。提出的融合算法给出了Saliency Map和YOLO算法检测到的目标并集的边界框,为实时应用提供了一种可行的解决方案。

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