Bilevel learning is a powerful optimization technique that has extensively been employed in recent years to bridge the world of model-driven variational approaches with data-driven methods. Upon suitable parametrization of the desired quantities of interest (e.g., regularization terms or discretization filters), such approach computes optimal parameter values by solving a nested optimization problem where the variational model acts as a constraint. In this work, we consider two different use cases of bilevel learning for the problem of image restoration. First, we focus on learning scalar weights and convolutional filters defining a Field of Experts regularizer to restore natural images degraded by blur and noise. For improving the practical performance, the lower-level problem is solved by means of a gradient descent scheme combined with a line-search strategy based on the Barzilai-Borwein rule. As a second application, the bilevel setup is employed for learning a discretization of the popular total variation regularizer for solving image restoration problems (in particular, deblurring and super-resolution). Numerical results show the effectiveness of the approach and their generalization to multiple tasks.


翻译:双级学习是一种强大的优化技术,近年来广泛采用这种技术来利用数据驱动的方法将模型驱动的变异方法的世界连接起来。在适当平衡所需兴趣数量(如正规化条件或离散过滤器)之后,这种方法通过解决一个嵌套优化问题,使变异模式成为制约因素,来计算最佳参数值。在这项工作中,我们考虑两种不同的双级学习案例,以解决图像恢复问题。首先,我们侧重于学习标尺重量和脉冲过滤器,确定专家常规化器的领域,以恢复因模糊和噪音而退化的自然图像。为改进实际性能,低级问题通过梯度下移计划与基于巴齐莱-博尔文规则的线性搜索战略相结合加以解决。作为第二个应用,双级设置用于学习流行的全变异调节器的离散化,以解决图像恢复问题(特别是模糊和超分辨率)。数字结果显示该方法的有效性及其对多重任务的普遍化。

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