Meta PID Attention Network for Flexible and Efficient Real-World Noisy Image Denoising

计算机科学 PID控制器 过度拟合 人工智能 降噪 卷积神经网络 特征(语言学) 一般化 判别式 Softmax函数 模式识别(心理学) 机器学习 人工神经网络 数学 工程类 控制工程 哲学 数学分析 温度控制 语言学
作者
Ruijun Ma,Shuyi Li,Bob Zhang,Haifeng Hu
出处
期刊:IEEE transactions on image processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:31: 2053-2066 被引量:18
标识
DOI:10.1109/tip.2022.3150294
摘要

Recent deep convolutional neural networks for real-world noisy image denoising have shown a huge boost in performance by training a well-engineered network over external image pairs. However, most of these methods are generally trained with supervision. Once the testing data is no longer compatible with the training conditions, they can exhibit poor generalization and easily result in severe overfitting or degrading performances. To tackle this barrier, we propose a novel denoising algorithm, dubbed as Meta PID Attention Network (MPA-Net). Our MPA-Net is built based upon stacking Meta PID Attention Modules (MPAMs). In each MPAM, we utilize a second-order attention module (SAM) to exploit the channel-wise feature correlations with second-order statistics, which are then adaptively updated via a proportional-integral-derivative (PID) guided meta-learning framework. This learning framework exerts the unique property of the PID controller and meta-learning scheme to dynamically generate filter weights for beneficial update of the extracted features within a feedback control system. Moreover, the dynamic nature of the framework enables the generated weights to be flexibly tweaked according to the input at test time. Thus, MPAM not only achieves discriminative feature learning, but also facilitates a robust generalization ability on distinct noises for real images. Extensive experiments on ten datasets are conducted to inspect the effectiveness of the proposed MPA-Net quantitatively and qualitatively, which demonstrates both its superior denoising performance and promising generalization ability that goes beyond those of the state-of-the-art denoising methods.
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