Khóa luận tốt nghiệp: Tái tạo ảnh độ phân giải cao từ ảnh đơn sử dụng mô hình khuếch tán và ước tính kernel blur

• Tác giả: Hoàng Viễn Duy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Vinh Tiệp
• Trường học: Đại học Công nghệ Thông tin
• Chuyên ngành: Khoa học Máy tính
• Đề tài: Tái tạo ảnh độ phân giải cao từ ảnh đơn bằng mô hình khuếch tán và ước tính kernel blur
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tính ứng dụng
• 1.2. Thách thức
• 1.3. Mục tiêu
• 1.4. Đóng góp chính của đề tài
• 1.5. Bố cục đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN
• 2.1. Tổng quan
• 2.2. Tổng quan về Siêu phân giải
• 2.2.1. Siêu phân giải
• 2.2.2. Blind Super-resolution
• 2.3. Tổng quan về mô hình tạo sinh
• 2.3.1. Mạng đối kháng tạo sinh
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐỀ XUẤT DIP-DKP
• 3.1. Tiên nghiệm Kernel dựa trên Mô hình Khuếch tán
• 3.1.1. Lý thuyết về Mô hình Khuếch tán
• 3.1.2. Tiên nghiệm kernel dựa trên Mô hình Khuếch tán
• 3.2. Kết hợp DKP với Double-DIP
• 3.2.1. Mô hình Double-DIP
• 3.2.2. Đề xuất mô hình DIP-DKP
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM
• 4.1. Tổng quan
• 4.2. Dữ liệu
• 4.2.1. Dữ liệu huấn luyện cho DKP
• 4.2.2. Dữ liệu cho mô hình DIP-DKP
• 4.3. Sinh kernel từ DKP
• 4.3.1. Cài đặt DKP
• 4.3.2. Sinh ảnh SR từ mô hình DIP-DKP
• 4.3.3. Kết quả thí nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. Kết quả đạt được của đề tài
• 5.2. Hướng phát triển trong tương lai
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tái tạo ảnh độ phân giải cao từ ảnh đơn

Tái tạo ảnh độ phân giải cao từ ảnh đơn là một bài toán quan trọng trong lĩnh vực xử lý ảnh. Phương pháp này nhằm biến đổi ảnh có độ phân giải thấp (LR) thành ảnh có độ phân giải cao (HR) thông qua các kỹ thuật tiên tiến. Mô hình khuếch tán và ước tính kernel blur được sử dụng để cải thiện chất lượng ảnh, giúp khôi phục ảnh một cách hiệu quả. Bài toán này có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như y tế, vũ trụ, và nhận dạng hình ảnh.

1.1. Ứng dụng trong y tế và vũ trụ

Trong lĩnh vực y tế, tái tạo ảnh độ phân giải cao giúp cải thiện chất lượng hình ảnh MRI và CT, hỗ trợ chẩn đoán chính xác hơn. Trong lĩnh vực vũ trụ, ảnh vệ tinh có độ phân giải cao giúp phân tích chi tiết các đối tượng từ xa. Nâng cao chất lượng ảnh là yếu tố then chốt để tăng hiệu quả trong các bài toán phân tích ảnh và nhận dạng đối tượng.

1.2. Thách thức trong tái tạo ảnh

Một trong những thách thức lớn là việc ước tính kernel blur chính xác. Kernel blur là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng ảnh tái tạo. Mô hình khuếch tán được đề xuất để giải quyết vấn đề này, giúp tạo ra các kernel gần với thực tế nhất. Tuy nhiên, việc huấn luyện mô hình này đòi hỏi nhiều tài nguyên và thời gian.

II. Mô hình khuếch tán và ước tính kernel blur

Mô hình khuếch tán là một phương pháp tiên tiến trong xử lý ảnh, sử dụng chuỗi Markov để chuyển đổi từ phân phối Gaussian thành kernel. Phương pháp này giúp ước tính kernel blur một cách chính xác, từ đó cải thiện chất lượng ảnh tái tạo. Kỹ thuật khử nhiễu và tối ưu hóa ảnh được áp dụng để đảm bảo ảnh đầu ra có độ nét cao và ít nhiễu.

2.1. Nguyên lý hoạt động của mô hình khuếch tán

Mô hình khuếch tán hoạt động dựa trên quá trình thêm và loại bỏ nhiễu trong ảnh. Quá trình này giúp tạo ra các kernel gần với thực tế, hỗ trợ phục hồi ảnh hiệu quả. Phương pháp này được đánh giá cao nhờ khả năng tạo ra ảnh có độ phân giải cao với ít vòng lặp huấn luyện.

2.2. So sánh với các phương pháp truyền thống

So với các phương pháp truyền thống như GANs và VAEs, mô hình khuếch tán cho kết quả ảnh tái tạo tốt hơn và ổn định hơn. Đặc biệt, phương pháp này giúp giảm thiểu hiện tượng nhiễu và biến dạng trong ảnh, đảm bảo chất lượng ảnh đầu ra cao hơn.

III. Phương pháp đề xuất và kết quả thực nghiệm

Phương pháp đề xuất trong nghiên cứu này là DIP-DKP, kết hợp mô hình khuếch tán và Deep Image Prior để ước tính kernel blur và tái tạo ảnh độ phân giải cao. Kết quả thực nghiệm cho thấy, phương pháp này vượt trội so với các mô hình hiện có về độ chính xác và tốc độ huấn luyện.

3.1. Kết quả ước tính kernel

DIP-DKP cho kết quả ước tính kernel chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này giúp cải thiện đáng kể chất lượng ảnh tái tạo, đặc biệt trong các bài toán blind-SR. Phương pháp này cũng giảm thiểu thời gian huấn luyện và số vòng lặp cần thiết.

3.2. Ứng dụng thực tế

Phương pháp DIP-DKP có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y tế, vũ trụ, và an ninh. Khả năng tái tạo ảnh độ phân giải cao từ ảnh đơn giúp cải thiện hiệu quả trong các bài toán phân tích ảnh và nhận dạng đối tượng. Đây là một bước tiến quan trọng trong công nghệ xử lý ảnh hiện đại.