The last decade has seen an astronomical shift from imaging with DSLR and point-and-shoot cameras to imaging with smartphone cameras. Due to the small aperture and sensor size, smartphone images have notably more noise than their DSLR counterparts. While denoising for smartphone images is an active research area, the research community currently lacks a denoising image dataset representative of real noisy images from smartphone cameras with high-quality ground truth. We address this issue in this paper with the following contributions. We propose a systematic procedure for estimating ground truth for noisy images that can be used to benchmark denoising performance for smartphone cameras. Using this procedure, we have captured a dataset -the Smartphone Image Denoising Dataset (SIDD) -of ~30,000 noisy images from 10 scenes under different lighting conditions using five representative smartphone cameras and generated their ground truth images. We used this dataset to benchmark a number of denoising algorithms. We show that CNN-based methods perform better when trained on our high-quality dataset than when trained using alternative strategies, such as low-ISO images used as a proxy for ground truth data.

a) Camera output with ISO 8,000 (b) Camera output with ISO 409,600 (c) Our result from the raw data of (a) Figure 1. Extreme low-light imaging with a convolutional network. Dark indoor environment. The illuminance at the camera is < 0.1 lux. The Sony α7S II sensor is exposed for 1/30 second. (a) Image produced by the camera with ISO 8,000. (b) Image produced by the camera with ISO 409,600. The image suffers from noise and color bias. (c) Image produced by our convolutional network applied to the raw sensor data from (a).

For low-level computer vision and image processing ML tasks, training on large datasets is critical for generalization. However, the standard practice of relying on real-world images primarily from the Internet comes with image quality, scalability, and privacy issues, especially in commercial contexts. To address this, we have developed a procedural synthetic data generation pipeline and dataset tailored to low-level vision tasks. Our Unreal engine-based synthetic data pipeline populates large scenes algorithmically with a combination of random 3D objects, materials, and geometric transformations. Then, we calibrate the camera noise profiles to synthesize the noisy images. From this pipeline, we generated a fully synthetic image denoising dataset (FSID) which consists of 175,000 noisy/clean image pairs. We then trained and validated a CNN-based denoising model, and demonstrated that the model trained on this synthetic data alone can achieve competitive denoising results when evaluated on real-world noisy images captured with smartphone cameras.

神经辐射字段（NERF）是一种用于高质量新颖观看综合的技术从一系列姿势输入图像。与大多数视图合成方法一样，NERF使用TONEMAPPED的低动态范围（LDR）作为输入;这些图像已经通过流畅的相机管道处理，平滑细节，剪辑突出显示，并扭曲了原始传感器数据的简单噪声分布。我们修改NERF以直接在线性原始图像直接培训，保持场景的完整动态范围。通过从生成的NERF渲染原始输出图像，我们可以执行新颖的高动态范围（HDR）视图综合任务。除了改变相机的观点外，我们还可以在事实之后操纵焦点，曝光和调度率。虽然单个原始图像显然比后处理的原始图像显着更大，但我们表明NERF对原始噪声的零平均分布非常强大。当优化许多嘈杂的原始输入（25-200）时，NERF会产生一个场景表示，如此准确的，即其呈现的新颖视图优于在同一宽基线输入图像上运行的专用单个和多像深生物丹机。因此，我们调用Rawnerf的方法可以从近黑暗中捕获的极其嘈杂的图像中重建场景。

由智能手机和中端相机捕获的照片的空间分辨率和动态范围有限，在饱和区域中未充满刺激的区域和颜色人工制品中的嘈杂响应。本文介绍了第一种方法（据我们所知），以重建高分辨率，高动态范围的颜色图像，这些颜色来自带有曝光括号的手持相机捕获的原始照相爆发。该方法使用图像形成的物理精确模型来结合迭代优化算法，用于求解相应的逆问题和学习的图像表示，以进行健壮的比对，并以前的自然图像。所提出的算法很快，与基于最新的学习图像恢复方法相比，内存需求较低，并且从合成但逼真的数据终止学习的特征。广泛的实验证明了其出色的性能，具有最多$ \ times 4 $的超分辨率因子在野外拍摄的带有手持相机的真实照片，以及对低光条件，噪音，摄像机摇动和中等物体运动的高度鲁棒性。

The ability to record high-fidelity videos at high acquisition rates is central to the study of fast moving phenomena. The difficulty of imaging fast moving scenes lies in a trade-off between motion blur and underexposure noise: On the one hand, recordings with long exposure times suffer from motion blur effects caused by movements in the recorded scene. On the other hand, the amount of light reaching camera photosensors decreases with exposure times so that short-exposure recordings suffer from underexposure noise. In this paper, we propose to address this trade-off by treating the problem of high-speed imaging as an underexposed image denoising problem. We combine recent advances on underexposed image denoising using deep learning and adapt these methods to the specificity of the high-speed imaging problem. Leveraging large external datasets with a sensor-specific noise model, our method is able to speedup the acquisition rate of a High-Speed Camera over one order of magnitude while maintaining similar image quality.

我们考虑了在无法检测到细节的非常低光的环境中增强未忽视的深色图像的问题。现有方法学会将输入图像的暴露调整为预定值。但是，实际上，最佳增强曝光量从一个输入图像到另一个输入图像不等，因此，增强的图像可能包含视觉伪像，例如低对比度或黑暗区域。我们通过引入一个深度学习模型来解决此限制，该模型允许用户在运行时不断调整增强的曝光水平，以便根据其偏好优化输出。我们提供一个在极端弱光条件下在室外和室内场景中捕获的1500张原始图像的数据集，具有五个不同的曝光水平和各种相机参数，作为关键贡献。我们证明，与以前的方法相比，我们的方法可以显着提高在各种条件下在极度低光条件下捕获的图像的增强质量。

缺乏大规模的真正的原始图像去噪数据集导致挑战训练训练模型的综合性原始图像噪声挑战。然而，实际原始图像噪声由许多噪声源贡献，并且在不同的传感器之间变化很大。现有方法无法准确模拟所有噪声源，并为每个传感器构建噪声模型也是费力的。在本文中，我们介绍了一种新的视角，通过直接从传感器的真实噪声中取样来合成噪声。它本质上为不同的摄像机传感器固有生成准确的原始图像噪声。两种高效且通用技术：图案对齐的贴片采样和高位重建可以分别精确地合成空间相关噪声和高位噪声。我们对SIDD和ELD数据集进行系统实验。结果表明，（1）我们的方法优于现有方法，并在不同的传感器和照明条件下表现出广泛的概括。 （2）最近得出的基于DNN的噪声建模方法的结论实际上是基于不准确的噪声参数。基于DNN的方法仍然不能超越基于物理的统计方法。

在极低光线条件下捕获图像会对标准相机管道带来重大挑战。图像变得太黑了，太吵了，这使得传统的增强技术几乎不可能申请。最近，基于学习的方法已经为此任务显示了非常有希望的结果，因为它们具有更大的表现力能力来允许提高质量。这些研究中的激励，在本文中，我们的目标是利用爆破摄影来提高性能，并从极端暗的原始图像获得更加锐利和更准确的RGB图像。我们提出的框架的骨干是一种新颖的粗良好网络架构，逐步产生高质量的输出。粗略网络预测了低分辨率，去噪的原始图像，然后将其馈送到精细网络以恢复微尺的细节和逼真的纹理。为了进一步降低噪声水平并提高颜色精度，我们将该网络扩展到置换不变结构，使得它作为输入突发为低光图像，并在特征级别地合并来自多个图像的信息。我们的实验表明，我们的方法通过生产更详细和相当更高的质量的图像来引起比最先进的方法更令人愉悦的结果。

任何相机的光学元件都会降低照片的清晰度，这是关键的视觉质量标准。该降解的特征是点传播函数（PSF），该函数取决于光的波长，并且在整个成像场中都是可变的。在本文中，我们提出了一个两步方案，以纠正单个RAW或JPEG图像中的光学畸变，即没有相机或镜头上任何事先信息。首先，我们估计当地的高斯模糊内核，以重叠斑块，并通过非盲脱毛技术锐化它们。基于数十个透镜的PSF的测量值，这些模糊内核被建模为由七个参数定义的RGB高斯人。其次，我们使用卷积神经网络去除其余的侧向色差（第一步中未考虑），该网络被训练，可将红色/绿色和蓝色/绿色残留图像最小化。关于合成图像和真实图像的实验表明，这两个阶段的组合产生了一种快速的最新盲目畸变补偿技术，该技术与商业非盲算法竞争。

快速移动受试者的运动模糊是摄影中的一个长期问题，由于收集效率有限，尤其是在弱光条件下，在手机上非常常见。尽管近年来我们目睹了图像脱毛的巨大进展，但大多数方法都需要显着的计算能力，并且在处理高分辨率照片的情况下具有严重的局部动作。为此，我们根据手机的双摄像头融合技术开发了一种新颖的面部脱毛系统。该系统检测到主题运动以动态启用参考摄像头，例如，最近在高级手机上通常可用的Ultrawide Angle摄像机，并捕获带有更快快门设置的辅助照片。虽然主镜头是低噪音但模糊的，但参考镜头却很锋利，但嘈杂。我们学习ML模型，以对齐和融合这两张镜头，并在没有运动模糊的情况下输出清晰的照片。我们的算法在Google Pixel 6上有效运行，每次拍摄需要463毫秒的开销。我们的实验证明了系统对替代单片，多帧，面部特异性和视频脱张算法以及商业产品的优势和鲁棒性。据我们所知，我们的工作是第一个用于面部运动脱毛的移动解决方案，在各种运动和照明条件下，在数千个图像中可靠地工作。

缺乏大规模嘈杂的图像对限制了监督的去噪方法在实际应用中部署。虽然现有无监督的方法能够在没有地面真理清洁图像的情况下学习图像去噪，但它们要么在不切实际的设置下表现出差或工作不佳（例如，配对嘈杂的图像）。在本文中，我们提出了一种实用的无监督图像去噪方法，以实现最先进的去噪性能。我们的方法只需要单一嘈杂的图像和噪声模型，可以在实际的原始图像去噪中轻松访问。它迭代地执行两个步骤：（1）构造具有来自噪声模型的随机噪声的噪声噪声数据集; （2）在噪声 - 嘈杂数据集上培训模型，并使用经过培训的模型来优化嘈杂的图像以获得下一轮中使用的目标。我们进一步近似我们的全迭代方法，具有快速算法，以实现更高效的培训，同时保持其原始高性能。实验对现实世界，合成和相关噪声的实验表明，我们提出的无监督的去噪方法具有卓越的现有无监督方法和具有监督方法的竞争性能。此外，我们认为现有的去噪数据集质量低，只包含少数场景。为了评估现实世界应用中的原始图像去噪表现，我们建立了一个高质量的原始图像数据集Sensenoise-500，包含500个现实生活场景。数据集可以作为更好地评估原始图像去噪的强基准。代码和数据集将在https://github.com/zhangyi-3/idr发布

在本文中，我们使第一个基准测试精力阐述在低光增强中使用原始图像的优越性，并开发一种以更灵活和实用的方式利用原始图像的新颖替代路线。通过对典型图像处理管道进行充分考虑的启发，我们受到启发，开发了一种新的评估框架，分解增强模型（FEM），它将原始图像的属性分解成可测量的因素，并提供了探索原始图像属性的工具凭经验影响增强性能。经验基金基准结果表明，在元数据中记录的数据和曝光时间的线性起作用最关键的作用，这在将SRGB图像作为输入中的方法采取各种措施中提出了不同的性能增益。通过从基准测试结果中获得的洞察力，开发了一种原始曝光增强网络（REENET），这在实际应用中的实际应用中的优缺点与仅在原始图像中的原始应用中的优点和可接近之间的权衡培训阶段。 Reenet将SRGB图像投影到线性原域中，以应用相应的原始图像的约束，以减少建模培训的难度。之后，在测试阶段，我们的reenet不依赖于原始图像。实验结果不仅展示了Reenet到最先进的SRGB的方法以及原始指导和所有组件的有效性。

近年来已经提出了显示屏下的显示器，作为减少移动设备的形状因子的方式，同时最大化屏幕区域。不幸的是，将相机放在屏幕后面导致显着的图像扭曲，包括对比度，模糊，噪音，色移，散射伪像和降低光敏性的损失。在本文中，我们提出了一种图像恢复管道，其是ISP-Annostic，即它可以与任何传统ISP组合，以产生使用相同的ISP与常规相机外观匹配的最终图像。这是通过执行Raw-Raw Image Restoration的深度学习方法来实现的。为了获得具有足够对比度和场景多样性的大量实际展示摄像机培训数据，我们还开发利用HDR监视器的数据捕获方法，以及数据增强方法以产生合适的HDR内容。监视器数据补充有现实世界的数据，该数据具有较少的场景分集，但允许我们实现细节恢复而不受监视器分辨率的限制。在一起，这种方法成功地恢复了颜色和对比度以及图像细节。

成功培训端到端的深网进行真实运动去缩合，需要尖锐/模糊的图像对数据集，这些数据集现实且多样化，足以实现概括以实现真实的图像。获得此类数据集仍然是一项具有挑战性的任务。在本文中，我们首先回顾了现有的Deblurring基准数据集的局限性，从泛化到野外模糊图像的角度。其次，我们提出了一种有效的程序方法，以基于一个简单而有效的图像形成模型来生成清晰/模糊的图像对。这允许生成几乎无限的现实和多样化的培训对。我们通过在模拟对上训练现有的DeBlurring架构，并在四个真实模糊图像的标准数据集中对其进行评估，从而证明了所提出的数据集的有效性。我们观察到使用建议方法训练时动态场景的真实运动毛线照片的最终任务的出色概括性能。

数码相机通过图像信号处理器（ISP）将传感器原始读数转换为RGB图像。诸如图像去噪和颜色恒定的计算摄影任务通常在原始域中进行，部分原因是由于固有的硬件设计，而且由于引起了由直接传感器读数导致的噪声统计的吸引力的吸引力。尽管如此，与可用RGB数据的丰富和多样性相比，原始图像的可用性有限。最近的方法已经尝试通过估计RGB对原始映射来弥合这个差距：可手工制作的基于模型的方法，这些方法通常需要手动参数微调，而端到端的学习神经网络需要大量的培训数据，有时与复杂的训练程序，并且通常缺乏解释性和参数控制。为了解决这些现有的限制，我们提出了一种基于混合模型的基于混合模型和数据驱动的ISP，其构建在规范ISP运营中，并且是学习和可解释的。我们所提出的可逆模型，能够在原始和RGB域之间双向映射，采用丰富的参数表示的端到端学习，即词典，即没有直接参数监督，另外启用简单且合理的数据增强。我们证明我们的数据生成过程的价值在原始图像重建和原始图像去噪任务下，在两者中获得最先进的性能。此外，我们表明我们的ISP可以从少数数据样本中学习有意义的映射，并且尽管只有少数或零地面标签，但基于大字典的数据增强训练的那种培训的培训模型是有竞争力的。

使用致动万向节的机械图像稳定使得能够捕获长曝光镜头而不会因相机运动而遭受模糊。然而，这些装置通常是物理上繁琐和昂贵的，限制了他们广泛的使用。在这项工作中，我们建议通过输入快速未稳定的相机的输入来数字化地模拟机械稳定的系统。在短曝光的长曝光和低SNR处开发运动模糊之间的折衷，我们通过聚集由未知运动相关的嘈杂短曝光框架来培训估计尖锐的高SNR图像的CNN。我们进一步建议以端到端的方式学习突发的曝光时间，从而平衡噪声和模糊穿过框架。我们展示了这种方法，通过传统的去掩盖单个图像或在合成和实际数据上去除固定曝光突发的传统方法的优势。

低光图像增强（LLIE）旨在提高在环境中捕获的图像的感知或解释性，较差的照明。该领域的最新进展由基于深度学习的解决方案为主，其中许多学习策略，网络结构，丢失功能，培训数据等已被采用。在本文中，我们提供了全面的调查，以涵盖从算法分类到开放问题的各个方面。为了检查现有方法的概括，我们提出了一个低光图像和视频数据集，其中图像和视频是在不同的照明条件下的不同移动电话的相机拍摄的。除此之外，我们首次提供统一的在线平台，涵盖许多流行的LLIE方法，其中结果可以通过用户友好的Web界面生产。除了在公开和我们拟议的数据集上对现有方法的定性和定量评估外，我们还验证了他们在黑暗中的脸部检测中的表现。这项调查与拟议的数据集和在线平台一起作为未来研究的参考来源和促进该研究领域的发展。拟议的平台和数据集以及收集的方法，数据集和评估指标是公开可用的，并将经常更新。

在弱光环境下，手持式摄影在长时间的曝光设置下遭受了严重的相机震动。尽管现有的Deblurry算法在暴露良好的模糊图像上表现出了令人鼓舞的性能，但它们仍然无法应对低光快照。在实用的低光脱毛中，复杂的噪声和饱和区是两个主导挑战。在这项工作中，我们提出了一种称为图像的新型非盲脱毛方法，并具有特征空间Wiener Deonervolution网络（Infwide），以系统地解决这些问题。在算法设计方面，Infwide提出了一个两分支的架构，该体系结构明确消除了噪声并幻觉，使图像空间中的饱和区域抑制了特征空间中的响起文物，并将两个互补输出与一个微妙的多尺度融合网络集成在一起高质量的夜间照片浮雕。为了进行有效的网络培训，我们设计了一组损失功能，集成了前向成像模型和向后重建，以形成近环的正则化，以确保深神经网络的良好收敛性。此外，为了优化Infwide在实际弱光条件下的适用性，采用基于物理过程的低光噪声模型来合成现实的嘈杂夜间照片进行模型训练。利用传统的Wiener Deonervolution算法的身体驱动的特征并引起了深层神经网络的表示能力，Infwide可以恢复细节，同时抑制在脱毛期间的不愉快的人工制品。关于合成数据和实际数据的广泛实验证明了所提出的方法的出色性能。

在低灯条件下捕获的图像遭受低可视性和各种成像伪影，例如真实噪音。现有的监督启示算法需要大量的像素对齐的训练图像对，这很难在实践中准备。虽然弱监督或无人监督的方法可以缓解这些挑战，但不使用配对的训练图像，由于缺乏相应的监督，一些现实世界的文物不可避免地被错误地放大。在本文中，而不是使用完美的对齐图像进行培训，我们创造性地使用未对准的现实世界图像作为指导，这很容易收集。具体地，我们提出了一个交叉图像解剖线程（CIDN），以分别提取来自低/常光图像的交叉图像亮度和图像特定内容特征。基于此，CIDN可以同时校正特征域中的亮度和抑制图像伪像，其在很大程度上将鲁棒性增加到像素偏移。此外，我们收集了一个新的低光图像增强数据集，包括具有现实世界腐败的未对准培训图像。实验结果表明，我们的模型在新建议的数据集和其他流行的低光数据集中实现了最先进的表演。