小哥質(zhì)疑谷歌頂會論文有錯，并且拿出了復現(xiàn)代碼來證明
快速拯救超分辨率
蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
景色很好看，可是手機相機分辨率太低，照不出清晰的照片？
沒關系，試試這個超分辨率算法，讓AI“自動”幫你調(diào)整分辨率。
經(jīng)過算法調(diào)整后，照片幾乎立刻就清晰了數(shù)倍，連角落里模糊的文字都看得清：
這是來自谷歌的一個手機超分辨率算法，此前登上過SIGGRAPH 2019頂會，闡述的是自家手機Pixel 3中使用的超分技術(shù)。
現(xiàn)在，這個算法確實被復現(xiàn)了出來，然而，方法卻與論文不全一致（復現(xiàn)的作者Michael Kunz認為，論文有些地方寫錯了）。
來看看這是怎么回事。
多幀合一幀，效果更清晰
論文中，這個用手機實現(xiàn)超分辨率的原理，是這樣的：
在用手機拍照的過程中，手部會出現(xiàn)輕微的震顫。
△手抖示例
這導致在連續(xù)拍攝同一景象的過程中，每張照片都會有一個微小的偏移量，這些小偏移量，恰好能提供超分辨率所需要的亞像素信息。
然后，將這些彼此之間略有差異的圖像幀，進行對齊、融合，就可以得到一張每個像素位置都有紅、綠、藍三通道值的圖像。
具體算法是這樣的：
首先，獲取多幀RAW圖像；然后，選擇其中一幀作為基準幀，其余圖像進行局部對齊，并通過核回歸，估計每一幀對結(jié)果的局部貢獻度；最后，分成RGB三種顏色通道，將貢獻進行疊加。
在訓練過程中，圖像的局部特征會對核形狀進行調(diào)整，并對采樣值進行加權(quán)。
最后，對每個顏色通道進行歸一化，獲得最后的RGB圖像。
整體來說，就是用多幀融合算法，代替了去馬賽克的傳統(tǒng)超分辨率算法。
然而，聽起來非常完美的算法，有人在復現(xiàn)的過程中，卻發(fā)現(xiàn)了一些問題。
實際復現(xiàn)并不容易
項目的作者表示，在復現(xiàn)這篇論文的過程中，發(fā)現(xiàn)了一些bug，但目前論文原作者、發(fā)行方都還沒回應他。
再來看看這個算法：
首先，在圖像幀的獲取上，如果采用谷歌相機的單反模式進行拍攝，由于時間間隔較長，手部產(chǎn)生的“震顫”可能比想象得大，需要再通過全局的預對齊來彌補缺陷。
然后，主要的問題出在b、c兩個步驟上。
第一個不準確的問題，是具體采用的幀數(shù)。論文表明“通過分析每個幀的局部梯度結(jié)構(gòu)張量，來計算核的協(xié)方差矩陣”，然而作者發(fā)現(xiàn)，對每一幀都這樣操作其實毫無意義。
作者放棄了像論文所述那樣進行采樣，選擇了5×5而非3×3的核，并對梯度進行了高斯平滑，在全分辨率下計算每個像素的結(jié)構(gòu)張量。
此外，則是步驟d的情況，經(jīng)過長時間曝光的圖像，包含許多低頻噪聲，使得精確跟蹤無法實現(xiàn)。因此，作者在跟蹤步驟前面還加入了一個高通濾波器。
然而，論文卻完全沒有提到“高通濾波器”這種東西。
到了步驟e和f，谷歌論文的作者用了一個專業(yè)術(shù)語“Wiener shrinkage” ，但這個術(shù)語在引用論文中完全沒有出現(xiàn)，無法得知具體含義。
因此，復現(xiàn)的作者，只能根據(jù)自己的猜測，結(jié)合引用的論文來復現(xiàn)。
其他還有一些細節(jié)上的錯誤，例如把公式搞錯了的情況也有發(fā)生：
好在，最后他還是將這篇論文復現(xiàn)了出來：
而且做成了一個完整的項目，來看看具體效果。
具體效果
先來看看論文中所展示的效果，看上去還是非常不錯的：
不僅噪點去除了不少，邊緣也很平滑，沒有放大后物體輪廓凸顯的棱角。
而且，看起來也比其他的論文算法要更好：
那么，實際上復現(xiàn)出來的效果如何呢？
整體好像不太看得出效果，放大一點試試：
單棟大樓的窗子確實清晰了不少，原本是模糊一片，現(xiàn)在幾乎能數(shù)得出數(shù)量了。
不過，相比于論文中的效果，復現(xiàn)出來的實際結(jié)果，似乎并沒有那么“完美”。
但用來拍攝風景，效果還挺好：
拍照如果手抖的話，可以將它裝到手機里試一試了~
項目地址：
https://github.com/kunzmi/ImageStackAlignator
論文地址：
https://dl.acm.org/doi/10.1145/3306346.3323024
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