Continual Image Deraining With Hypergraph Convolutional Networks

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作者
Xueyang Fu,Jie Xiao,Yurui Zhu,Aiping Liu,Feng Wu,Zheng-Jun Zha
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [IEEE Computer Society]
卷期号:45 (8): 9534-9551 被引量:28
标识
DOI:10.1109/tpami.2023.3241756
摘要

Image deraining is a challenging task since rain streaks have the characteristics of a spatially long structure and have a complex diversity. Existing deep learning-based methods mainly construct the deraining networks by stacking vanilla convolutional layers with local relations, and can only handle a single dataset due to catastrophic forgetting, resulting in a limited performance and insufficient adaptability. To address these issues, we propose a new image deraining framework to effectively explore nonlocal similarity, and to continuously learn on multiple datasets. Specifically, we first design a patchwise hypergraph convolutional module, which aims to better extract the nonlocal properties with higher-order constraints on the data, to construct a new backbone and to improve the deraining performance. Then, to achieve better generalizability and adaptability in real-world scenarios, we propose a biological brain-inspired continual learning algorithm. By imitating the plasticity mechanism of brain synapses during the learning and memory process, our continual learning process allows the network to achieve a subtle stability-plasticity tradeoff. This it can effectively alleviate catastrophic forgetting and enables a single network to handle multiple datasets. Compared with the competitors, our new deraining network with unified parameters attains a state-of-the-art performance on seen synthetic datasets and has a significantly improved generalizability on unseen real rainy images.
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