【CVPR2021】Contrastive Learning for Compact Single Image Dehazing

论文：Contrastive Learning for Compact Single Image Dehazing, CVPR 2021
代码：https://github.com/GlassyWu/AECR-Net

1、背景

当前方法的问题：1）使用clear images结合L1/L2重建损失进行训练，容易引起结果偏色；2）侧重于加大网络的深度和宽度，导致计算开销巨大。

为了解决当前问题，作者提出了一种新的 contrastive loss。有雾图像，网络生成的图像，清晰图像分别做为 negative, anchor, 和 positive 样本，保证生成的图像在表示空间中离清晰图像更近，离有雾图像更远。同时，为了在性能和参数量间取得平衡，作者提出了一个 compact network by adopting autoencoder-like framework。

该方法框架如图所示，由 autoencoder-like dehazing network 和 contrastive regularization 组成。

2、Autoencoder-like dehazing network

网络首先是一个步长为1的卷积和两个步长为2的卷积（图中浅蓝色的块），然后，采用6个FA块处理（是在FFANet中提出的）。该模型只采用了6个FA块，但原来的FFANet采用了57个，显著减少了计算量。同时，为了促进不同层、不同尺度间特征的流动，作者提出了两种连接模式：

（1）Adaptive mixup： 用来动态融合下采样层和上采样层之间的特征。Low-level features (边缘和角点)在CNN的低层捕获，但是，随着网络层数的加深，浅层特征会退化。为了解决这一问题，本文采用adaptive mixup operation来融合下采样层和上采样层间的特征，如下图所示。

该操作可以表示为：

其中，权重是自适应可学习的参数。

（2）Dynamic feature enchancement： 传统方法经常采用固定大小3X3的卷积核（如下图中间蓝框图片所示），感受野有限，同时难以捕获结构信息。如果使用 deformable conv （如下图右边红框图片所示），就可以获得更多的结构信息。因此，作者引入了dynamic feature enhancement模块，由两个可变形卷积层组成。实验中发现，深层部署的效果比浅层部署效果要好。

3、Contrastive regularization

对比学习的目标是在度量空间上拉近正样本对间的距离，拉远负样本对间的距离。因此，作者提出了新的 contrastive regularization 来修复图像。正样本对是正样本对是清晰图像\(J\)和经网络修复的图像\(\phi(I, w)\)，负样本对是经网络修复的图像\(\phi(I, w)\)和有雾图像\(I\)。具体来说，网络的目标函数是：

在具体实现上，作者使用了VGG19的感知损失。实验部分可以参考作者论文，这里不再多说。