Искусственный интеллект теперь устраняет цифровой шум, глядя на фотографии с шумом (+видео)

Что если бы вы могли автоматически устранять шумы и артефакты с фотографий, сделанных в условиях слабого освещения? Или вы хотите убрать зернистость и пикселизацию с изображений из своей фотогалереи?

Новый метод, основанный на алгоритмах глубокого обучения, научился улучшать качество фотографий, просто глядя на примеры фотографий с дефектом.

Рис. 1. Пример для пуассоновского шума (λ=30). Результат был получен с использованием зернистых изображений.

Этот проект был выполнен исследователями из NVIDIA, Университета Аалто и Массачусетского технологического института (MIT) и представлен на этой неделе на Международной конференции по машинному обучению в Стокгольме (ICML, Швеция).

В предыдущих проектах в этой области нейросеть обучалась восстанавливать фотографии, определяя разницу между парными изображениями – с шумом и без. Новый метод отличается тем, что нейросети «скармливаются» только изображения с шумом или зерном.

Этой нейросети никогда не показывали, как выглядит чистое изображение, но она способна устранять артефакты, шум, зерно, и автоматически улучшать качество фотографий.

Рис. 2. Импульсный шум случайного значения. Созданная система устранения шума обучена только на парах изображений с дефектом.

«ИИ можно научить восстанавливать сигналы, даже без сравнения их с чистыми аналогами, причем с бОльшей скоростью, чем в случае использования исключительно чистых образцов, - утверждают исследователи в своей работе. – Созданная нейросеть не уступает методам, в которых нейросеть учится на основе чистых образцов, — она использует тот же самый метод и не уступает ни по времени обучения, ни по результатам работы».

Команда проекта обучила свою систему на 50 000 изображениях из набора ImageNet с помощью графических процессоров NVIDIA Tesla P100 с фреймворком глубокого обучения TensorFlow с ускорением cuDNN.

Чтобы протестировать систему, были выбраны три разных набора изображений.

Данный метод может использоваться не только для домашнего фотоархива, но и для улучшения МРТ-снимков, что должно значительно усовершенствовать качество визуализации в медицине.

Рис. 3. Восстановленный МРТ-снимок. (a) Входное изображение с 10% зафиксированного спектра с масштабированием 1/p. (b) Восстановление с помощью нейросети, обученной на примере «шумных» изображений, близких ко входному изображению. (с) Референсное изображение.

«В обычной жизни есть ряд ситуаций, когда действительно сложно получить чистые образцы для обучения нейросети: фотографии в условиях низкой освещенности (например, астрономические снимки), физически корректный рендеринг и магнитнорезонансная визуализация, - объясняют разработчики. – Наши демонстрации позволяют потенциально получить весомые преимущества в данных областях, устраняя необходимость в зачастую трудоемком процессе получения чистых данных. Конечно, здесь есть свои ограничения. Мы не можем воссоздать объекты, которые отсутствуют в наборе для обучения. Но это ограничение относится в равной степени и к обучению на основе чистых изображений».

Рис. 4. Устранение шума с фотографии Монте-Карло. (a) Изображение, отрисованное с плотностью в 64 выборок на пиксель (spp). (b) Изображение с устраненным шумом в 64 spp, полученное сетью, обученной на изображениях с 64 spp. (с) Референсное изображение, отрисованное с плотностью 131 072 spp.