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A Prior Guided Wavelet-Spatial Dual Attention Transformer Framework for Heavy Rain Image Restoration

计算机科学 小波 变压器 计算机视觉 人工智能 图像复原 小波变换 图像处理 图像(数学) 模式识别(心理学) 电气工程 电压 工程类
作者
Ronghui Zhang,Jiongze Yu,Junzhou Chen,Guofa Li,Liang Lin,Danwei Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Multimedia [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:26: 7043-7057
标识
DOI:10.1109/tmm.2024.3359480
摘要

Heavy rain significantly reduces image visibility, hindering tasks like autonomous driving and video surveillance. Many existing rain removal methods, while effective in light rain, falter under heavy rain due to their reliance on purely spatial features. Recognizing this challenge, we introduce the Wavelet-Spatial Dual Attention Transformer Framework (WSDformer). This innovative architecture adeptly captures both frequency and spatial characteristics, anchored by the wavelet-spatial dual attention (WSDA) mechanism. While the spatial attention zeroes in on intricate local details, the wavelet attention leverages wavelet decomposition to encompass diverse frequency information, augmenting the spatial representations. Furthermore, addressing the persistent issue of incomplete structural detail restoration, we integrate the PriorFormer Block (PFB). This unique module, underpinned by the Prior Fusion Attention (PFA), synergizes residual channel prior features with input features, thereby enhancing background structures and guiding precise rain feature extraction. To navigate the intrinsic constraints of U-shaped transformers, such as semantic discontinuities and subdued multi-scale interactions from skip connections, our Cross Interaction U-Shaped Transformer Network is introduced. This design empowers superior semantic layers to streamline the extraction of their lower-tier counterparts, optimizing network learning. Empirical analysis reveals our method's leading prowess across rainy image datasets and achieves state-of-the-art performance, with notable supremacy in heavy rainfall conditions. This superiority extends to diverse visual challenges and real-world rainy scenarios, affirming its broad applicability and robustness. The source code is available at https://github.com/Jiongze-Yu/WSDformer .
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