QCNN-H: Single-Image Dehazing Using Quaternion Neural Networks

四元数 计算机科学 人工智能 规范化(社会学) 水准点(测量) 网络体系结构 卷积神经网络 计算机视觉 数据流 编码器 像素 数学 地理 几何学 并行计算 社会学 操作系统 计算机安全 人类学 大地测量学
作者
Vladimir Frants,Sos С. Agaian,Karen Panetta
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:53 (9): 5448-5458 被引量:33
标识
DOI:10.1109/tcyb.2023.3238640
摘要

Single-image haze removal is challenging due to its ill-posed nature. The breadth of real-world scenarios makes it difficult to find an optimal dehazing approach that works well for various applications. This article addresses this challenge by utilizing a novel robust quaternion neural network architecture for single-image dehazing applications. The architecture's performance to dehaze images and its impact on real applications, such as object detection, is presented. The proposed single-image dehazing network is based on an encoder-decoder architecture capable of taking advantage of quaternion image representation without interrupting the quaternion dataflow end-to-end. We achieve this by introducing a novel quaternion pixel-wise loss function and quaternion instance normalization layer. The performance of the proposed QCNN-H quaternion framework is evaluated on two synthetic datasets, two real-world datasets, and one real-world task-oriented benchmark. Extensive experiments confirm that the QCNN-H outperforms state-of-the-art haze removal procedures in visual quality and quantitative metrics. Furthermore, the evaluation shows increased accuracy and recall of state-of-the-art object detection in hazy scenes using the presented QCNN-H method. This is the first time the quaternion convolutional network has been applied to the haze removal task.

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