[论文解读] Bridging Degradation Discrimination and Generation for Universal Image Restoration
BDG 引入 MAS-GLCM 用于细粒度降解区分,并提出三阶段扩散训练框架,将降解感知与生成先验桥接,以实现普适图像修复。
Universal image restoration is a critical task in low-level vision, requiring the model to remove various degradations from low-quality images to produce clean images with rich detail. The challenges lie in sampling the distribution of high-quality images and adjusting the outputs on the basis of the degradation. This paper presents a novel approach, Bridging Degradation discrimination and Generation (BDG), which aims to address these challenges concurrently. First, we propose the Multi-Angle and multi-Scale Gray Level Co-occurrence Matrix (MAS-GLCM) and demonstrate its effectiveness in performing fine-grained discrimination of degradation types and levels. Subsequently, we divide the diffusion training process into three distinct stages: generation, bridging, and restoration. The objective is to preserve the diffusion model's capability of restoring rich textures while simultaneously integrating the discriminative information from the MAS-GLCM into the restoration process. This enhances its proficiency in addressing multi-task and multi-degraded scenarios. Without changing the architecture, BDG achieves significant performance gains in all-in-one restoration and real-world super-resolution tasks, primarily evidenced by substantial improvements in fidelity without compromising perceptual quality. The code and pretrained models are provided in https://github.com/MILab-PKU/BDG.
研究动机与目标
- 解决在普适图像修复中用单一模型处理多种降解的需求。
- 开发一个细粒度的降解表征方法,以区分降解类型和级别。
- 在不改变架构的前提下,将降解区分与基于扩散的生成结合起来。
- 在一体化与真实场景中,保留生成先验并提升修复保真度。
- 实现对混合降解和真实场景下的稳健修复。
提出的方法
- 引入 MAS-GLCM,即多角度多尺度灰度共生矩阵,用于区分降解类型和级别。
- 重构扩散的反向过程并实现三阶段训练:生成预训练、桥接、修复微调。
- 通过对齐 MAS-GLCM 特征与扩散特征,使用桥接损失和降解分类损失将降解区分与生成先验桥接起来。
- 在扩散模型中将残差和低质量输入作为条件,以实现有条件的修复。
- 使用一体化的 5D 修复设定进行训练,并在真实世界与混合降解任务上评估。
- 引入基于顺序的伪标签来表示降解进程,以模拟真实世界降解的复杂性。

实验结果
研究问题
- RQ1MAS-GLCM 是否能提供比现有表征更细粒度的降解区分?
- RQ2三阶段 BDG 扩散训练在保持生成先验的同时,是否能在多样降解场景中提升修复保真度?
- RQ3在一体化、混合降解和真实世界超分任务中,BDG 相较于最先进方法的表现如何?
- RQ4桥接与降解分类损失对修复质量与保真度有何影响?
- RQ5真实世界降解顺序是否可用于训练稳健的修复模型?
主要发现
- BDG 在一体化修复任务(去雨、低照度增强、去雾与去模糊)上达到最先进水平。
- 在混合降解场景中,BDG 相较 DiffUIR 有显著提升,并在若干指标(如 PSNR/SSIM)上取得改进,尤以雾霾和降雨情形突出。
- 在真实世界 SR 任务中,BDG 在全参考指标(PSNR/SSIM/LPIPS)上获得一流或接近一流的结果,且在非参考指标(MANIQA、MUSIQ、CLIPIQA)上具有竞争力。
- 消融研究表明,桥接阶段和修复微调阶段对于达到最优性能是必需的,降解分类损失可防止桥接阶段的编码器塌陷。
- MAS-GLCM 相较 Sobel、Laplace 和傅里叶等特征,提供更优的降解类型与级别分类精度。
- 该模型在保持丰富纹理生成的同时,通过将降解区分与生成先验对齐,提升修复保真度。

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