17 天前

基于压缩与激励推理注意力网络的MR图像超分辨率

{Yun Fu, Kunpeng Li, Kai Li, Yulun Zhang}
基于压缩与激励推理注意力网络的MR图像超分辨率
摘要

高质量的高分辨率(HR)磁共振(MR)图像能够提供更丰富的细节信息,有助于实现可靠诊断与定量图像分析。深度卷积神经网络(CNN)在低分辨率(LR)MR图像的超分辨率(SR)重建任务中展现出显著潜力。然而,典型的LR MR图像通常具有某些共同的视觉特征:重复性模式、结构相对简单以及背景信息较少。现有大多数基于CNN的SR方法对输入图像的空间像素(包括背景区域)进行同等处理,未能充分捕捉输入图像的整体空间结构信息,而这一点对于实现高质量MR图像超分辨率至关重要。为解决上述问题,本文提出一种新型网络结构——压缩与激励推理注意力网络(Squeeze and Excitation Reasoning Attention Networks, SERAN),以实现更精准的MR图像超分辨率重建。我们首先从输入图像的全局空间信息中提取注意力,生成全局描述符。这些全局描述符增强了网络对MR图像中更具信息量区域与结构的关注能力。在此基础上,我们进一步构建全局描述符之间的关联关系,提出原始关系推理注意力机制,以挖掘深层语义关联。随后,通过学习到的注意力机制对全局描述符进行精细化调整。为充分融合所聚合的多尺度信息,我们引入自适应重校准机制,利用学习得到的自适应注意力向量动态调节特征响应。这些注意力向量能够自适应地选择部分全局描述符,用于补充每个空间位置的特征表示,从而实现更精确的细节与纹理重建。此外,我们还设计了带有残差缩放的压缩与激励注意力机制,不仅提升了训练过程的稳定性,还具备良好的可扩展性,可灵活适配多种基础网络架构。大量实验结果表明,所提出的SERAN方法在多个基准数据集上均显著优于当前最先进的超分辨率方法,无论在定量指标(如PSNR、SSIM)还是定性视觉效果方面均展现出优越性能,充分验证了该方法的有效性与先进性。