兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (6): 1747-1760.doi: 10.12382/bgxb.2023.0307
栗苹1,2, 周宇1,2, 曹荣刚1,2,3,*(), 李发栋1, 曹宇曦1, 李佳武1, 张安琪1
收稿日期:
2023-04-06
上线日期:
2023-12-12
通讯作者:
LI Ping1,2, ZHOU Yu1,2, CAO Ronggang1,2,3,*(), LI Fadong1, CAO Yuxi1, LI Jiawu1, ZHANG Anqi1
Received:
2023-04-06
Online:
2023-12-12
摘要:
红外成像制导系统受到严苛运行环境影响,其成像过程伴随复杂背景噪声干扰,严重影响系统制导跟踪精度。为减少复合噪声对红外成像效果的影响,在分析多种常见噪声的成因和特性的基础上,提出一种基于加性成分和乘性成分的噪声特性先验设定,结合空间域和变换域的双域融合去噪思想,设计了一种基于深度卷积神经网络的多类型噪声去除方法。该方法将富梯度流卷积模块引入UNet++结构以缩减梯度信息冗余并提升多感受野特征提取能力;针对噪声形态特性提出维度注意力机制以实现双域噪声估计;引入高阶双树复小波变换作为域变换方法,提升在不同尺度和方向上对噪声成分的识别能力。通过消融实验验证了噪声先验设定以及双域融合去噪思想的有效性和优越性,通过对比实验证明了所提方法对多种类型噪声均具有优秀的去噪能力。所提方法对高斯噪声的去噪峰值信噪比和结构相似度指标分别达到29.57和0.85,优于其他典型噪声抑制方法;对多类型混合噪声则分别达到27.84和0.82,达到良好的去噪水平。此外,也验证了所提方法对真实图像噪声具有优秀的去噪能力。
中图分类号:
栗苹, 周宇, 曹荣刚, 李发栋, 曹宇曦, 李佳武, 张安琪. 基于深度学习和双域融合的红外成像制导系统复杂背景噪声去除方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(6): 1747-1760.
LI Ping, ZHOU Yu, CAO Ronggang, LI Fadong, CAO Yuxi, LI Jiawu, ZHANG Anqi. A Denoising Method for Complex Background Noise of Infrared Imaging Guidance System Based on Deep Learning and Dual-domain Fusion[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(6): 1747-1760.
去噪模型 | 评估指标 | |
---|---|---|
PSNR | SSIM | |
变换域去噪模型 | 26.13 | 0.77 |
空间域去噪模型 | 27.24 | 0.81 |
双域融合去噪模型 | 29.57 | 0.85 |
表1 3个去噪模型对验证集样本高斯噪声的平均去噪性能
Table 1 Average denoising performances of three denoising models for Gaussian noise of validation set samples
去噪模型 | 评估指标 | |
---|---|---|
PSNR | SSIM | |
变换域去噪模型 | 26.13 | 0.77 |
空间域去噪模型 | 27.24 | 0.81 |
双域融合去噪模型 | 29.57 | 0.85 |
噪声类型 | 噪声参数 | PSNR | SSIM |
---|---|---|---|
条纹噪声 | 像素值随机变化范围[20, 50] | 34.32 | 0.92 |
网格噪声 | 像素值随机变化范围[20, 50] | 33.31 | 0.91 |
高斯噪声 | 服从高斯分布(σ=50) | 29.57 | 0.85 |
泊松噪声 | 服从泊松分布(λ=60) | 29.12 | 0.84 |
混合噪声 | 网格噪声+高斯噪声+泊松噪声 | 27.84 | 0.82 |
表2 所提去噪算法对不同类型噪声的去除能力比较
Table 2 Denoising performance of the proposed algorithm for different types of noise
噪声类型 | 噪声参数 | PSNR | SSIM |
---|---|---|---|
条纹噪声 | 像素值随机变化范围[20, 50] | 34.32 | 0.92 |
网格噪声 | 像素值随机变化范围[20, 50] | 33.31 | 0.91 |
高斯噪声 | 服从高斯分布(σ=50) | 29.57 | 0.85 |
泊松噪声 | 服从泊松分布(λ=60) | 29.12 | 0.84 |
混合噪声 | 网格噪声+高斯噪声+泊松噪声 | 27.84 | 0.82 |
去噪算法 | PSNR | |||
---|---|---|---|---|
Set12 数据集 | DND 数据集 | BSD68 数据集 | 本文 数据集 | |
VisuShrink | 22.74 | 21.59 | 21.83 | 22.18 |
BayesShrink | 23.47 | 22.77 | 22.42 | 24.21 |
BM3D | 25.82 | 24.45 | 24.81 | 26.09 |
DnCNN | 28.68 | 25.95 | 25.23 | 26.59 |
FFDNet | 28.65 | 26.01 | 26.35 | 27.37 |
DeamNet | 28.12 | 26.56 | 26.77 | 28.21 |
SCUNet | 28.72 | 28.05 | 27.51 | 29.33 |
DRUNet | 27.90 | 26.41 | 26.59 | 28.34 |
本文算法 | 28.85 | 28.12 | 27.44 | 29.57 |
表3 所提去噪算法与其他典型去噪算法在多个数据集上的高斯去噪性能(PSNR)比较
Tab.3 Comparion of denoising performances (PSNR) of the proposed algorithm and typical algorithms across multiple datasets for Gaussian noise
去噪算法 | PSNR | |||
---|---|---|---|---|
Set12 数据集 | DND 数据集 | BSD68 数据集 | 本文 数据集 | |
VisuShrink | 22.74 | 21.59 | 21.83 | 22.18 |
BayesShrink | 23.47 | 22.77 | 22.42 | 24.21 |
BM3D | 25.82 | 24.45 | 24.81 | 26.09 |
DnCNN | 28.68 | 25.95 | 25.23 | 26.59 |
FFDNet | 28.65 | 26.01 | 26.35 | 27.37 |
DeamNet | 28.12 | 26.56 | 26.77 | 28.21 |
SCUNet | 28.72 | 28.05 | 27.51 | 29.33 |
DRUNet | 27.90 | 26.41 | 26.59 | 28.34 |
本文算法 | 28.85 | 28.12 | 27.44 | 29.57 |
去噪算法 | 参数量(Params) | 计算量(FLOPs) |
---|---|---|
DnCNN | 1.2×106 | 309.8×109 |
FFDNet | 1.1×106 | 68.5×109 |
DRUNet | 32.6×106 | 554.5×109 |
SCUNet | 17.9×106 | 319.1×109 |
DeamNet | 1.8×106 | 582.8×109 |
本文算法 | 0.8×106 | 11.2×109 |
表4 所提去噪算法与其他典型深度神经网络去噪算法的计算复杂度比较
Tab.4 Comparison of computational complexities of the proposed denoising algorithm and other typical deep neural network denoising algorithms
去噪算法 | 参数量(Params) | 计算量(FLOPs) |
---|---|---|
DnCNN | 1.2×106 | 309.8×109 |
FFDNet | 1.1×106 | 68.5×109 |
DRUNet | 32.6×106 | 554.5×109 |
SCUNet | 17.9×106 | 319.1×109 |
DeamNet | 1.8×106 | 582.8×109 |
本文算法 | 0.8×106 | 11.2×109 |
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