Efficient Diffusion Model for Image Restoration by Residual Shifting

图像复原 人工智能 残余物 计算机科学 计算机视觉 图像(数学) 图像处理 图像配准 模式识别(心理学) 算法
作者
Zongsheng Yue,Jianyi Wang,Chen Change Loy
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [IEEE Computer Society]
卷期号:47 (1): 116-130 被引量:43
标识
DOI:10.1109/tpami.2024.3461721
摘要

While diffusion-based image restoration (IR) methods have achieved remarkable success, they are still limited by the low inference speed attributed to the necessity of executing hundreds or even thousands of sampling steps. Existing acceleration sampling techniques, though seeking to expedite the process, inevitably sacrifice performance to some extent, resulting in over-blurry restored outcomes. To address this issue, this study proposes a novel and efficient diffusion model for IR that significantly reduces the required number of diffusion steps. Our method avoids the need for post-acceleration during inference, thereby avoiding the associated performance deterioration. Specifically, our proposed method establishes a Markov chain that facilitates the transitions between the high-quality and low-quality images by shifting their residuals, substantially improving the transition efficiency. A carefully formulated noise schedule is devised to flexibly control the shifting speed and the noise strength during the diffusion process. Extensive experimental evaluations demonstrate that the proposed method achieves superior or comparable performance to current state-of-the-art methods on four classical IR tasks, namely image super-resolution, image inpainting, blind face restoration, and image deblurring, even only with four sampling steps.
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