With well-selected data, homogeneous diffusion inpainting can reconstruct images from sparse data with high quality. While 4K colour images of size 3840 x 2160 can already be inpainted in real time, optimising the known data for applications like image compression remains challenging: Widely used stochastic strategies can take days for a single 4K image. Recently, a first neural approach for this so-called mask optimisation problem offered high speed and good quality for small images. It trains a mask generation network with the help of a neural inpainting surrogate. However, these mask networks can only output masks for the resolution and mask density they were trained for. We solve these problems and enable mask optimisation for high-resolution images through a neuroexplicit coarse-to-fine strategy. Additionally, we improve the training and interpretability of mask networks by including a numerical inpainting solver directly into the network. This allows to generate masks for 4K images in around 0.6 seconds while exceeding the quality of stochastic methods on practically relevant densities. Compared to popular existing approaches, this is an acceleration of up to four orders of magnitude.


翻译:通过精心筛选数据,均匀扩散图像修复能够从稀疏数据中高质量重建图像。尽管3840×2160尺寸的4K彩色图像已可实现实时修复,但针对图像压缩等应用优化已知数据仍具挑战性:采用广泛使用的随机策略,单张4K图像可能需要数天优化时间。近期,针对这一掩膜优化问题的首个神经网络方法为小尺寸图像提供了高速度与良好质量,该方法借助神经修复代理训练掩膜生成网络。然而,此类掩膜网络仅能输出其训练时设定的分辨率与掩膜密度。我们通过一种神经显式粗到细策略解决了上述问题,实现了高分辨率图像的掩膜优化。此外,通过将数值修复求解器直接集成至网络,我们改进了掩膜网络的训练过程与可解释性。这使得我们能在约0.6秒内生成4K图像的掩膜,并在实际相关密度上超越随机方法的质量。与现有主流方法相比,这一加速比高达四个数量级。

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图像修复(英语:Inpainting)指重建的图像和视频中丢失或损坏的部分的过程。例如在博物馆中,这项工作常由经验丰富的博物馆管理员或者艺术品修复师来进行。数码世界中,图像修复又称图像插值或视频插值,指利用复杂的算法来替换已丢失、损坏的图像数据,主要替换一些小区域和瑕疵。
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