基于逐像素强化学习的边缘保持图像复原

来源：计算机工程杂志2024年第12期北京时间：

作者：江敏, 陈飞, 程航, 王美清

单位：1. 福州大学计算机与大数据学院, 福建 福州 3501082. 福州大学数学与统计学院, 福建 福州 350108

摘要：高强度的高斯噪声往往会模糊或破坏图像的细节和结构, 导致边缘信息的丢失。为此, 提出基于逐像素强化学习的边缘保持图像复原算法。首先, 为每个像素构建一个像素层智能体并设计针对边缘处的侧窗均值滤波器到动作空间中, 所有的像素层智能体共享优势行动者-评论家算法的参数, 因此模型可以同时输出所有位置的状态转移概率并选择合适的策略进行状态转移, 从而复原图像; 其次, 在特征提取共享网络中结合协调注意力, 聚焦所有像素位置在特征通道间的全局信息, 并保留位置嵌入信息; 然后, 为了缓解稀疏奖励问题, 设计一个基于图拉普拉斯正则的辅助损失, 关注图像的局部平滑信息, 对局部不平滑区域加以惩罚, 从而促进像素层智能体更加有效地学习到正确的策略以实现边缘保持。实验结果表明, 所提的算法在Middlebury2005数据集和MNIST数据集上的峰值信噪比(PSNR)分别达到32.97 dB和28.26 dB, 相比于Pixel-RL算法分别提升了0.23 dB和0.75 dB, 参数量和训练总时间分别减少了44.9%和18.2%, 在实现边缘保持的同时有效降低了模型的复杂度。

关键词：图像复原,深度强化学习,逐像素强化学习,协调注意力,图拉普拉斯,边缘保持

基金资助：国家自然科学基金(61771141); 福建省自然科学基金(2021J01620)