北大等提出MaskDCPT：通用圖像修復預訓練新范式，PSNR提升3.77dB

文章來源：我愛計算機視覺（ID：aicvml）

朋友們，今天想跟大家聊一篇圖像修復領域的有意思的新工作。如今，我們對圖片質量的要求越來越高，但拍攝過程中總免不了各種意外，比如模糊、噪點、光線不足等等。傳統的圖像修復模型往往是“專科醫生”，一個模型對應一種問題。但我們更想要一個“全科醫生”，一個模型搞定所有圖像退化問題，這就是所謂的“通用圖像修復”。

最近，來自 北京大學、JIUTIAN Research 和國防科大 的研究者們就提出了一個名為 MaskDCPT 的通用圖像修復預訓練方法。這個名字拆開看就是 Masked Degradation Classification Pre-Training（掩碼退化分類預訓練），思路可以說非常巧妙。它不直接一上來就修復圖像，而是先學會“診斷”圖像壞掉的類型。

簡單來說，這個方法通過一個統一的框架，讓模型在預訓練階段就見多識廣，不僅學會重建高質量圖像，還學會了識別輸入圖像的“病癥”（即退化類型）。這種“診斷+治療”的模式，讓模型在面對各種復雜的、甚至是沒見過的圖像退化問題時，表現得異常出色。

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  論文標題 : Universal Image Restoration Pre-training via Masked Degradation Classification

• 論文地址 : https://arxiv.org/abs/2510.13282

• 代碼倉庫 : https://github.com/MILab-PKU/MaskDCPT

從官方給出的效果圖就能看到，無論是“五項全能”的綜合修復任務，還是真實的現實世界場景，MaskDCPT 預訓練過的模型在保真度和感知質量上都達到了頂尖水平。

研究背景與動機

通用圖像修復的目標是用一個模型解決多種多樣的圖像退化問題，比如去噪、去模糊、去雨、低光增強等等。之前的預訓練方法，很多是借鑒自然語言處理領域的成功經驗，比如掩碼自編碼器（MAE），在圖像上做類似“完形填空”的任務來學習特征。

但這些方法有個問題：它們大多只關注圖像內容本身的重建，而忽略了一個非常重要的信息——圖像究竟是“怎么壞的”。不同類型的退化（比如高斯噪聲和JPEG壓縮），其底層特征和修復方式是截然不同的。如果模型能提前知道退化類型，無疑會對修復工作大有裨益。

作者們認為，退化信息和圖像內容信息在修復任務中是互補的。因此，他們想設計一種新的預訓練范式，能同時利用這兩種信息，從而學習到更通用、更強大的圖像修復能力。

MaskDCPT：掩碼退化分類預訓練

為了實現這個目標，研究者們設計了 MaskDCPT 框架。這個框架的整體流程相當清晰直觀。

它的核心思想可以概括為以下幾步：

1. 輸入與掩碼 ：輸入一張低質量（退化）的圖像，并像做“完形填空”一樣，在圖像上隨機遮掉一部分小塊（patch-level masking）。

2. 編碼器提取特征 ：一個修復骨干網絡（比如 CNN 或 Transformer）作為編碼器，負責從被遮擋的低質量圖像中提取特征。

3. 雙解碼器設計 ：接下來是關鍵，模型有兩個“頭”（解碼器），分頭行動：

   • 重建解碼器 ：它的任務是利用編碼器提煉的特征，把被遮擋的圖像“腦補”完整，重建出對應的高質量、無損的圖像。這是一個圖像重建任務。

   • 分類解碼器 ：它的任務同樣是基于那些特征，但目標不是重建圖像，而是判斷輸入的低質量圖像到底屬于哪一種退化類型（比如是模糊了，還是加了噪點）。這是一個分類任務。

通過這種方式，MaskDCPT 將退化類型作為一種“極弱監督”信號，巧妙地融入到預訓練中。模型為了同時完成好“重建”和“分類”這兩個任務，就必須學習到一種既懂圖像內容、又懂退化信息的廣義特征表示。CV君覺得，這種設計有點像讓模型“知其然，亦知其所以然”，不僅要會修，還要知道修的是什么毛病，思路非常贊。

作者還通過實驗發現，退化分類的準確率和圖像修復的性能是正相關的，這印證了他們最初的猜想。同時，合適的掩碼率（mask ratio）也很重要，太低了模型學不到上下文，太高了又會丟失關鍵信息。

上圖展示了分類準確率與訓練迭代次數、圖像掩碼率的關系，可以看到隨著訓練進行，分類準確率穩步提升，并且在75%的掩碼率附近達到最佳。

UIR-2.5M：一個全新的大規模修復數據集

光有好的方法還不夠，還需要足夠多、足夠好的數據來“喂養”模型。為此，作者們還貢獻了一個大規模的通用圖像修復數據集——UIR-2.5M。

這個數據集有多“壕”呢？它包含了 250萬 個圖像對，涵蓋了 19種 不同的退化類型和超過 200個 退化等級，而且同時包含了合成數據和真實的現實世界數據。這為訓練更魯棒、更通用的修復模型提供了堅實的基礎。

實驗效果：性能顯著提升

MaskDCPT 的效果到底如何？實驗結果給出了答案：非常驚艷。

全能型修復任務（All-in-One Restoration）

在包含去雨、去雪、去模糊、去噪和去霧的“五項全能”修復任務上，使用 MaskDCPT 預訓練的模型，無論是基于 CNN 還是 Transformer 架構，性能都得到了巨大提升。

從上表中可以看到，與那些需要專門為“全能”任務設計的復雜模型相比，僅僅是用了 MaskDCPT 預訓練的經典模型（如 Uformer），就在 PSNR/SSIM 等指標上輕松超越了它們。PSNR 指標平均至少提升了 3.77 dB，這是一個非常顯著的進步。

視覺效果對比也同樣證明了其優越性，修復后的圖像細節更清晰，偽影更少。

真實世界與未見過的退化場景

更具挑戰性的是在真實世界和“域外”（Out-of-Domain）場景中的表現。

在6種真實世界的退化任務上，MaskDCPT 預訓練的模型在感知指標 PIQE 上相比基線降低了 34.8%，這意味著修復后的圖像在人眼看起來更自然、質量更高。

上圖的視覺對比非常直觀，經過 MaskDCPT 預訓練的模型能夠更好地處理真實復雜的低光和模糊問題。

當面對訓練時從未見過的高強度噪聲（σ = 75的高斯噪聲）時，MaskDCPT 展現了強大的泛化能力。

可以看到，只有經過 MaskDCPT 預訓練的模型能夠有效去除強噪聲，同時不產生多余的奇怪紋理。

混合退化場景

在更復雜的混合退化場景（比如低光+模糊）中，MaskDCPT 同樣表現出色。

無論是定量指標還是視覺效果，都證明了該方法在處理復雜光照和結構問題上的能力。

消融實驗

作者還進行了一系列消融實驗，驗證了方法設計的合理性。例如，他們比較了不同的掩碼策略和掩碼率，證明了 patch-level 的掩碼和75%的掩碼率是最佳選擇。

同時，他們也驗證了退化分類這個任務的重要性，證明了它確實能幫助模型提升修復性能。

總結

總的來說，MaskDCPT 這個工作直觀、有效，通過一個巧妙的雙任務設計，為通用圖像修復的預訓練提供了一個全新的、更強大的范式。作者不僅提出了新方法，還貢獻了寶貴的數據集和開源代碼，可以說是非常扎實和全面的工作了。

大家對這個“先診斷、后修復”的思路怎么看？歡迎在評論區留下你的看法！