Convolutional neural network (CNN) has achieved unprecedented success in image super-resolution tasks in recent years. However, the network's performance depends on the distribution of the training sets and degrades on out-of-distribution samples. This paper adopts a Bayesian approach for estimating uncertainty associated with output and applies it in a deep image super-resolution model to address the concern mentioned above. We use the uncertainty estimation technique using the batch-normalization layer, where stochasticity of the batch mean and variance generate Monte-Carlo (MC) samples. The MC samples, which are nothing but different super-resolved images using different stochastic parameters, reconstruct the image, and provide a confidence or uncertainty map of the reconstruction. We propose a faster approach for MC sample generation, and it allows the variable image size during testing. Therefore, it will be useful for image reconstruction domain. Our experimental findings show that this uncertainty map strongly relates to the quality of reconstruction generated by the deep CNN model and explains its limitation. Furthermore, this paper proposes an approach to reduce the model's uncertainty for an input image, and it helps to defend the adversarial attacks on the image super-resolution model. The proposed uncertainty reduction technique also improves the performance of the model for out-of-distribution test images. To the best of our knowledge, we are the first to propose an adversarial defense mechanism in any image reconstruction domain.


翻译:近些年来,在图像超分辨率任务方面取得了前所未有的成功。然而,网络的性能取决于培训组的分布和分配外样本的降解。本文采用了一种巴伊西亚方法来估计与产出相关的不确定性,并将其应用到一个深图像超分辨率模型来解决上述关注问题。我们使用批量标准化层的不确定性估算技术,其中批量平均和差异的随机性生成了蒙特卡洛(MC)样本。MC样本只是不同的超解图像,使用不同的随机参数,重建图像,提供重建的信心或不确定性图。我们为MC样本的生成提出了一个更快的方法,并在测试期间允许图像大小的变化。因此,它将对图像重建领域有用。我们的实验研究结果表明,这一不确定性图与深CNN模型产生的重建质量密切相关,并解释了其局限性。此外,本文还提出了一种方法,用不同的超解图像模型来减少输入图像的不确定性,重建图像,并提供重建的信心或不确定性地图图。我们提出的在模拟中改进了对抗性攻击的模型。我们提出的超分辨率模型,也是在模拟中改进了超分辨率模型。

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