Learned Image Signal Processing (ISP) pipelines offer powerful end-to-end performance but are critically dependent on large-scale paired raw-to-sRGB datasets. This reliance on costly-to-acquire paired data remains a significant bottleneck. To address this challenge, we introduce a novel, unsupervised training framework based on Optimal Transport capable of training arbitrary ISP architectures in both unpaired and paired modes. We are the first to successfully apply Unbalanced Optimal Transport (UOT) for this complex, cross-domain translation task. Our UOT-based framework provides robustness to outliers in the target sRGB data, allowing it to discount atypical samples that would be prohibitively costly to map. A key component of our framework is a novel ``committee of expert discriminators,'' a hybrid adversarial regularizer. This committee guides the optimal transport mapping by providing specialized, targeted gradients to correct specific ISP failure modes, including color fidelity, structural artifacts, and frequency-domain realism. To demonstrate the superiority of our approach, we retrained existing state-of-the-art ISP architectures using our paired and unpaired setups. Our experiments show that while our framework, when trained in paired mode, exceeds the performance of the original paired methods across all metrics, our unpaired mode concurrently achieves quantitative and qualitative performance that rivals, and in some cases surpasses, the original paired-trained counterparts. The code and pre-trained models are available at: https://github.com/gosha20777/EGUOT-ISP.git.


翻译:学习型图像信号处理(ISP)管道提供了强大的端到端性能,但其性能严重依赖于大规模配对的原始数据到sRGB数据集。这种对获取成本高昂的配对数据的依赖仍是一个主要瓶颈。为应对这一挑战,我们提出了一种基于最优传输的新型无监督训练框架,能够以非配对和配对两种模式训练任意ISP架构。我们首次成功将非平衡最优传输(UOT)应用于这一复杂的跨域转换任务。我们基于UOT的框架对目标sRGB数据中的异常值具有鲁棒性,能够忽略那些映射成本极高的非典型样本。该框架的一个关键组件是一种新颖的“专家判别器委员会”,这是一种混合对抗正则化器。该委员会通过提供专门化、有针对性的梯度来纠正特定的ISP失效模式(包括色彩保真度、结构伪影和频域真实感),从而引导最优传输映射。为证明我们方法的优越性,我们使用我们的配对和非配对设置重新训练了现有的最先进ISP架构。实验表明,当我们的框架在配对模式下训练时,其在所有指标上均超越了原始配对方法的性能;同时,我们的非配对模式在定量和定性性能上均能与原始配对训练的对应方法相媲美,甚至在某些情况下超越它们。代码和预训练模型可在以下网址获取:https://github.com/gosha20777/EGUOT-ISP.git。

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