In recent years, we have witnessed the great advancement of Deep neural networks (DNNs) in image restoration. However, a critical limitation is that they cannot generalize well to real-world degradations with different degrees or types. In this paper, we are the first to propose a novel training strategy for image restoration from the causality perspective, to improve the generalization ability of DNNs for unknown degradations. Our method, termed Distortion Invariant representation Learning (DIL), treats each distortion type and degree as one specific confounder, and learns the distortion-invariant representation by eliminating the harmful confounding effect of each degradation. We derive our DIL with the back-door criterion in causality by modeling the interventions of different distortions from the optimization perspective. Particularly, we introduce counterfactual distortion augmentation to simulate the virtual distortion types and degrees as the confounders. Then, we instantiate the intervention of each distortion with a virtual model updating based on corresponding distorted images, and eliminate them from the meta-learning perspective. Extensive experiments demonstrate the effectiveness of our DIL on the generalization capability for unseen distortion types and degrees. Our code will be available at https://github.com/lixinustc/Causal-IR-DIL.


翻译:近年来,我们见证了深度神经网络在图像恢复中的巨大进步。然而,其关键限制是在不同程度或类型的实际世界失真下不能很好地推广。本文首次从因果关系的角度提出了一种新的图像恢复训练策略,以提高深度神经网络的未知失真的泛化能力。我们的方法被称为失真不变表征学习(DIL),将每种失真类型和程度视为一种特定的混淆因素,并通过消除每种失真的有害混淆效应来学习失真不变的表征。我们通过因果关系中的反向门准则对我们的DIL进行了推导,通过对各种失真干预进行建模,从优化角度消除了每种失真。特别地,我们通过虚拟失真扩增来引入虚拟失真类型和程度作为混淆因素。接下来,我们通过基于相应失真图像的虚拟模型更新实例化了每种失真的干预,并从元学习的角度消除它们。广泛的实验证明了我们的DIL对于未知失真类型和程度的泛化能力的有效性。我们的代码将在 https://github.com/lixinustc/Causal-IR-DIL 上提供。

0
下载
关闭预览

相关内容

Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
149+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
因果效应估计组合拳:Reweighting和Representation
PaperWeekly
0+阅读 · 2022年9月2日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
24+阅读 · 2019年5月22日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月19日
Arxiv
14+阅读 · 2021年3月10日
Arxiv
17+阅读 · 2020年11月15日
Arxiv
12+阅读 · 2020年8月3日
Arxiv
110+阅读 · 2020年2月5日
VIP会员
相关VIP内容
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
149+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员