Image super-resolution is a one-to-many problem, but most deep-learning based methods only provide one single solution to this problem. In this work, we tackle the problem of diverse super-resolution by reusing VD-VAE, a state-of-the art variational autoencoder (VAE). We find that the hierarchical latent representation learned by VD-VAE naturally separates the image low-frequency information, encoded in the latent groups at the top of the hierarchy, from the image high-frequency details, determined by the latent groups at the bottom of the latent hierarchy. Starting from this observation, we design a super-resolution model exploiting the specific structure of VD-VAE latent space. Specifically, we train an encoder to encode low-resolution images in the subset of VD-VAE latent space encoding the low-frequency information, and we combine this encoder with VD-VAE generative model to sample diverse super-resolved version of a low-resolution input. We demonstrate the ability of our method to generate diverse solutions to the super-resolution problem on face super-resolution with upsampling factors x4, x8, and x16.

在实践中，很难收集配对的培训数据，但是不合格的样本广泛存在。当前的方法旨在通过探索损坏的数据和清洁数据之间的关系来从未配对样本中生成合成的培训数据。这项工作提出了Lud-Vae，这是一种从边际分布中采样的数据中学习关节概率密度函数的深层生成方法。我们的方法基于一个经过精心设计的概率图形模型，在该模型中，干净和损坏的数据域在条件上是独立的。使用变异推断，我们最大化证据下限（ELBO）以估计关节概率密度函数。此外，我们表明在推理不变假设下没有配对样品的情况下，ELBO是可以计算的。该属性在未配对的环境中提供了我们方法的数学原理。最后，我们将我们的方法应用于现实世界图像denoising，超分辨率和低光图像增强任务，并使用Lud-vae生成的合成数据训练模型。实验结果验证了我们方法比其他方法的优势。

盲目图像超分辨率（SR）的典型方法通过直接估算或学习潜在空间中的降解表示来处理未知的降解。这些方法的一个潜在局限性是，他们假设可以通过整合各种手工降解（例如，比科比克下采样）来模拟未知的降解，这不一定是正确的。现实世界中的降解可能超出了手工降解的模拟范围，这被称为新型降解。在这项工作中，我们建议学习一个潜在的降解空间，可以将其从手工制作的（基本）降解中推广到新的降解。然后将其在此潜在空间中获得的新型降解的表示形式被利用，以生成与新型降解一致的降级图像，以构成SR模型的配对训练数据。此外，我们执行各种推断，以使潜在表示空间中的降解后降解与先前的分布（例如高斯分布）相匹配。因此，我们能够采样更多的高质量表示以进行新的降级，以增加SR模型的训练数据。我们对合成数据集和现实数据集进行了广泛的实验，以验证我们在新型降解中盲目超分辨率的有效性和优势。

The primary aim of single-image super-resolution is to construct a high-resolution (HR) image from a corresponding low-resolution (LR) input. In previous approaches, which have generally been supervised, the training objective typically measures a pixel-wise average distance between the super-resolved (SR) and HR images. Optimizing such metrics often leads to blurring, especially in high variance (detailed) regions. We propose an alternative formulation of the super-resolution problem based on creating realistic SR images that downscale correctly. We present a novel super-resolution algorithm addressing this problem, PULSE (Photo Upsampling via Latent Space Exploration), which generates high-resolution, realistic images at resolutions previously unseen in the literature. It accomplishes this in an entirely self-supervised fashion and is not confined to a specific degradation operator used during training, unlike previous methods (which require training on databases of LR-HR image pairs for supervised learning). Instead of starting with the LR image and slowly adding detail, PULSE traverses the high-resolution natural image manifold, searching for images that downscale to the original LR image. This is formalized through the "downscaling loss," which guides exploration through the latent space of a generative model. By leveraging properties of high-dimensional Gaussians, we restrict the search space to guarantee that our outputs are realistic. PULSE thereby generates super-resolved images that both are realistic and downscale correctly. We show extensive experimental results demonstrating the efficacy of our approach in the domain of face super-resolution (also known as face hallucination). We also present a discussion of the limitations and biases of the method as currently implemented with an accompanying model card with relevant metrics. Our method outperforms state-of-the-art methods in perceptual quality at higher resolutions and scale factors than previously pos-sible.

Conditional diffusion probabilistic models can model the distribution of natural images and can generate diverse and realistic samples based on given conditions. However, oftentimes their results can be unrealistic with observable color shifts and textures. We believe that this issue results from the divergence between the probabilistic distribution learned by the model and the distribution of natural images. The delicate conditions gradually enlarge the divergence during each sampling timestep. To address this issue, we introduce a new method that brings the predicted samples to the training data manifold using a pretrained unconditional diffusion model. The unconditional model acts as a regularizer and reduces the divergence introduced by the conditional model at each sampling step. We perform comprehensive experiments to demonstrate the effectiveness of our approach on super-resolution, colorization, turbulence removal, and image-deraining tasks. The improvements obtained by our method suggest that the priors can be incorporated as a general plugin for improving conditional diffusion models.

本文提出了图像恢复的新变异推理框架和一个卷积神经网络（CNN）结构，该结构可以解决所提出的框架所描述的恢复问题。较早的基于CNN的图像恢复方法主要集中在网络体系结构设计或培训策略上，具有非盲方案，其中已知或假定降解模型。为了更接近现实世界的应用程序，CNN还接受了整个数据集的盲目培训，包括各种降解。然而，给定有多样化的图像的高质量图像的条件分布太复杂了，无法通过单个CNN学习。因此，也有一些方法可以提供其他先验信息来培训CNN。与以前的方法不同，我们更多地专注于基于贝叶斯观点以及如何重新重新重构目标的恢复目标。具体而言，我们的方法放松了原始的后推理问题，以更好地管理子问题，因此表现得像分裂和互动方案。结果，与以前的框架相比，提出的框架提高了几个恢复问题的性能。具体而言，我们的方法在高斯denoising，现实世界中的降噪，盲图超级分辨率和JPEG压缩伪像减少方面提供了最先进的性能。

超级分辨率是一个不良问题，其中基本真理的高分辨率图像仅代表合理解决方案的空间中的一种可能性。然而，主导范式是采用像素 - 明智的损失，例如L_1，其驱动预测模糊的平均值。当与对抗性损失相结合时，这导致了根本相互矛盾的目标，这降低了最终质量。我们通过重新审视L_1丢失来解决此问题，并表明它对应于单层条件流程。灵感来自这一关系，我们探讨了一般流动作为L_1目标的忠诚替代品。我们证明，在与对抗性损失结合时，更深流量的灵活性导致更好的视觉质量和一致性。我们对三个数据集和比例因子进行广泛的用户研究，其中我们的方法被证明了为光逼真的超分辨率优于最先进的方法。代码和培训的型号可在：git.io/adflow

面部超分辨率（FSR），也称为面部幻觉，其旨在增强低分辨率（LR）面部图像以产生高分辨率（HR）面部图像的分辨率，是特定于域的图像超分辨率问题。最近，FSR获得了相当大的关注，并目睹了深度学习技术的发展炫目。迄今为止，有很少有基于深入学习的FSR的研究摘要。在本次调查中，我们以系统的方式对基于深度学习的FSR方法进行了全面审查。首先，我们总结了FSR的问题制定，并引入了流行的评估度量和损失功能。其次，我们详细说明了FSR中使用的面部特征和流行数据集。第三，我们根据面部特征的利用大致分类了现有方法。在每个类别中，我们从设计原则的一般描述开始，然后概述代表方法，然后讨论其中的利弊。第四，我们评估了一些最先进的方法的表现。第五，联合FSR和其他任务以及与FSR相关的申请大致介绍。最后，我们设想了这一领域进一步的技术进步的前景。在\ URL {https://github.com/junjun-jiang/face-hallucination-benchmark}上有一个策划的文件和资源的策划文件和资源清单

Denoising diffusion probabilistic models are a promising new class of generative models that mark a milestone in high-quality image generation. This paper showcases their ability to sequentially generate video, surpassing prior methods in perceptual and probabilistic forecasting metrics. We propose an autoregressive, end-to-end optimized video diffusion model inspired by recent advances in neural video compression. The model successively generates future frames by correcting a deterministic next-frame prediction using a stochastic residual generated by an inverse diffusion process. We compare this approach against five baselines on four datasets involving natural and simulation-based videos. We find significant improvements in terms of perceptual quality for all datasets. Furthermore, by introducing a scalable version of the Continuous Ranked Probability Score (CRPS) applicable to video, we show that our model also outperforms existing approaches in their probabilistic frame forecasting ability.

最近的工作表明，变异自动编码器（VAE）与速率失真理论之间有着密切的理论联系。由此激发，我们从生成建模的角度考虑了有损图像压缩的问题。从最初是为数据（图像）分布建模设计的Resnet VAE开始，我们使用量化意识的后验和先验重新设计其潜在变量模型，从而实现易于量化和熵编码的图像压缩。除了改进的神经网络块外，我们还提出了一类强大而有效的有损图像编码器类别，超过了自然图像（有损）压缩的先前方法。我们的模型以粗略的方式压缩图像，并支持并行编码和解码，从而在GPU上快速执行。

扩散模型是一类新的生成模型，在依靠固体概率原理的同时，标志着高质量图像生成中的里程碑。这使他们成为神经图像压缩的有前途的候选模型。本文概述了基于有条件扩散模型的端到端优化框架。除了扩散过程固有的潜在变量外，该模型还引入了额外的“ content”潜在变量，以调节降解过程。解码后，扩散过程有条件地生成/重建祖先采样。我们的实验表明，这种方法的表现优于表现最佳的传统图像编解码器之一（BPG）和一个在两个压缩基准上的神经编解码器，我们将重点放在速率感知权衡方面。定性地，我们的方法显示出比经典方法更少的减压工件。

现实世界图像超分辨率（SR）的关键挑战是在低分辨率（LR）图像中恢复具有复杂未知降解（例如，下采样，噪声和压缩）的缺失细节。大多数以前的作品还原图像空间中的此类缺失细节。为了应对自然图像的高度多样性，他们要么依靠难以训练和容易训练和伪影的不稳定的甘体，要么诉诸于通常不可用的高分辨率（HR）图像中的明确参考。在这项工作中，我们提出了匹配SR（FEMASR）的功能，该功能在更紧凑的特征空间中恢复了现实的HR图像。与图像空间方法不同，我们的FEMASR通过将扭曲的LR图像{\ IT特征}与我们预读的HR先验中的无失真性HR对应物匹配来恢复HR图像，并解码匹配的功能以获得现实的HR图像。具体而言，我们的人力资源先验包含一个离散的特征代码簿及其相关的解码器，它们在使用量化的生成对抗网络（VQGAN）的HR图像上预估计。值得注意的是，我们在VQGAN中结合了一种新型的语义正则化，以提高重建图像的质量。对于功能匹配，我们首先提取由LR编码器组成的LR编码器的LR功能，然后遵循简单的最近邻居策略，将其与预读的代码簿匹配。特别是，我们为LR编码器配备了与解码器的残留快捷方式连接，这对于优化功能匹配损耗至关重要，还有助于补充可能的功能匹配错误。实验结果表明，我们的方法比以前的方法产生更现实的HR图像。代码以\ url {https://github.com/chaofengc/femasr}发布。

通过将自然图像的复杂分布近似通过可逆神经网络（INN）近似于潜在空间中的简单拖延分布，已成功地用于生成图像超分辨率（SR）。这些模型可以使用潜在空间中的随机采样点从一个低分辨率（LR）输入中生成多个逼真的SR图像，从而模拟图像升级的不足的性质，其中多个高分辨率（HR）图像对应于同一LR。最近，INN中的可逆过程也通过双向图像重新缩放模型（如IRN和HCFLOW）成功使用，以优化降尺度和逆向上尺度的关节，从而显着改善了高尺度的图像质量。尽管它们也被优化用于图像降尺度，但图像降尺度的不良性质可以根据不同的插值内核和重新采样方法将一个HR图像缩小到多个LR图像。除了代表图像放大的不确定性的原始缩小潜在变量外，还引入了图像降压过程中的模型变化。这种双重可变变量增强功能适用于不同的图像重新缩放模型，并且在广泛的实验中显示，它可以始终如一地提高图像升级精度，而无需牺牲缩小的LR图像中的图像质量。它还显示可有效增强基于Inn的其他模型，用于图像恢复应用（例如图像隐藏）。

机器学习模型通常培训端到端和监督设置，使用配对（输入，输出）数据。示例包括最近的超分辨率方法，用于在（低分辨率，高分辨率）图像上培训。然而，这些端到端的方法每当输入中存在分布偏移时需要重新训练（例如，夜间图像VS日光）或相关的潜在变量（例如，相机模糊或手动运动）。在这项工作中，我们利用最先进的（SOTA）生成模型（这里是Stylegan2）来构建强大的图像前提，这使得贝叶斯定理应用于许多下游重建任务。我们的方法是通过生成模型（BRGM）的贝叶斯重建，使用单个预先训练的发生器模型来解决不同的图像恢复任务，即超级分辨率和绘画，通过与不同的前向腐败模型相结合。我们将发电机模型的重量保持固定，并通过估计产生重建图像的输入潜在的跳过载体来重建图像来估计图像。我们进一步使用变分推理来近似潜伏向量的后部分布，我们对多种解决方案进行采样。我们在三个大型和多样化的数据集中展示了BRGM：（i）来自Flick的60,000个图像面向高质量的数据集（II）来自MIMIC III的高质量数据集（II）240,000胸X射线，（III）的组合收集5脑MRI数据集，具有7,329个扫描。在所有三个数据集和没有任何DataSet特定的HyperParameter调整，我们的简单方法会在超级分辨率和绘画上对当前的特定任务最先进的方法产生性能竞争力，同时更加稳定，而不需要任何培训。我们的源代码和预先训练的型号可在线获取：https://razvanmarinescu.github.io/brgm/。

盲图修复（IR）是计算机视觉中常见但充满挑战的问题。基于经典模型的方法和最新的深度学习（DL）方法代表了有关此问题的两种不同方法，每种方法都有自己的优点和缺点。在本文中，我们提出了一种新颖的盲图恢复方法，旨在整合它们的两种优势。具体而言，我们为盲IR构建了一个普通的贝叶斯生成模型，该模型明确描绘了降解过程。在此提出的模型中，PICEL的非I.I.D。高斯分布用于适合图像噪声。它的灵活性比简单的I.I.D。在大多数常规方法中采用的高斯或拉普拉斯分布，以处理图像降解中包含的更复杂的噪声类型。为了解决该模型，我们设计了一个变异推理算法，其中所有预期的后验分布都被参数化为深神经网络，以提高其模型能力。值得注意的是，这种推论算法诱导统一的框架共同处理退化估计和图像恢复的任务。此外，利用了前一种任务中估计的降解信息来指导后一种红外过程。对两项典型的盲型IR任务进行实验，即图像降解和超分辨率，表明所提出的方法比当前最新的方法实现了卓越的性能。

变形AutoEncoders（VAE）采用深度学习模型来学习与高维观察数据集的连续潜伏的Z空间。为此，使许多任务是可能的，包括面部重建和面部合成。在这项工作中，我们通过将学习限制到面部掩模选择的像素来调查面部面膜如何帮助训练面部重建的训练。使用Celeba DataSet对该提议的评估表明，使用面部掩码增强重建的图像，特别是当使用L1或L2损耗功能时使用SSIM损耗。我们注意到，在架构中包含用于面部掩模预测的解码器影响了L1或L2损耗功能的性能，而这不是SSIM损耗的情况。此外，SSIM感知损失在测试的所有假设之间产生了清爽的样本，尽管它会使图像的原始颜色移位，使L1或L2损失与SSIM一起使用，有助于解决这个问题。

扩散概率模型（DPMS）在竞争对手GANS的图像生成中取得了显着的质量。但与GAN不同，DPMS使用一组缺乏语义含义的一组潜在变量，并且不能作为其他任务的有用表示。本文探讨了使用DPMS进行表示学习的可能性，并寻求通过自动编码提取输入图像的有意义和可解码的表示。我们的主要思想是使用可学习的编码器来发现高级语义，以及DPM作为用于建模剩余随机变化的解码器。我们的方法可以将任何图像编码为两部分潜在的代码，其中第一部分是语义有意义和线性的，第二部分捕获随机细节，允许接近精确的重建。这种功能使当前箔基于GaN的方法的挑战性应用，例如实际图像上的属性操作。我们还表明，这两级编码可提高去噪效率，自然地涉及各种下游任务，包括几次射击条件采样。

DeNoising扩散模型代表了计算机视觉中最新的主题，在生成建模领域表现出了显着的结果。扩散模型是一个基于两个阶段的深层生成模型，一个正向扩散阶段和反向扩散阶段。在正向扩散阶段，通过添加高斯噪声，输入数据在几个步骤中逐渐受到干扰。在反向阶段，模型的任务是通过学习逐步逆转扩散过程来恢复原始输入数据。尽管已知的计算负担，即由于采样过程中涉及的步骤数量，扩散模型对生成样品的质量和多样性得到了广泛赞赏。在这项调查中，我们对视觉中应用的denoising扩散模型的文章进行了全面综述，包括该领域的理论和实际贡献。首先，我们识别并介绍了三个通用扩散建模框架，这些框架基于扩散概率模型，噪声调节得分网络和随机微分方程。我们进一步讨论了扩散模型与其他深层生成模型之间的关系，包括变异自动编码器，生成对抗网络，基于能量的模型，自回归模型和正常流量。然后，我们介绍了计算机视觉中应用的扩散模型的多角度分类。最后，我们说明了扩散模型的当前局限性，并设想了一些有趣的未来研究方向。

当前的深层图像超分辨率（SR）方法试图从下采样的图像或假设简单高斯内核和添加噪声中降解来恢复高分辨率图像。但是，这种简单的图像处理技术代表了降低图像分辨率的现实世界过程的粗略近似。在本文中，我们提出了一个更现实的过程，通过引入新的内核对抗学习超分辨率（KASR）框架来处理现实世界图像SR问题，以降低图像分辨率。在提议的框架中，降解内核和噪声是自适应建模的，而不是明确指定的。此外，我们还提出了一个迭代监督过程和高频选择性目标，以进一步提高模型SR重建精度。广泛的实验验证了对现实数据集中提出的框架的有效性。

通过将图像形成过程分解成逐个申请的去噪自身额，扩散模型（DMS）实现了最先进的合成导致图像数据和超越。另外，它们的配方允许引导机构来控制图像生成过程而不会再刷新。然而，由于这些模型通常在像素空间中直接操作，因此强大的DMS的优化通常消耗数百个GPU天，并且由于顺序评估，推理是昂贵的。为了在保留其质量和灵活性的同时启用有限计算资源的DM培训，我们将它们应用于强大的佩带自动化器的潜在空间。与以前的工作相比，这种代表上的培训扩散模型允许第一次达到复杂性降低和细节保存之间的近乎最佳点，极大地提高了视觉保真度。通过将跨关注层引入模型架构中，我们将扩散模型转化为强大而柔性的发电机，以进行诸如文本或边界盒和高分辨率合成的通用调节输入，以卷积方式变得可以实现。我们的潜在扩散模型（LDMS）实现了一种新的技术状态，可在各种任务中进行图像修复和高竞争性能，包括无条件图像生成，语义场景合成和超级分辨率，同时与基于像素的DMS相比显着降低计算要求。代码可在https://github.com/compvis/lattent-diffusion获得。