近日,2019 ASC世界大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽(ASC19)公布了初賽賽題。來(lái)自全球200余所高校的300多支大學(xué)生隊(duì)伍,將在長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月的初賽階段,嘗試挑戰(zhàn)一項(xiàng)當(dāng)前熱門的人工智能技術(shù)——單張圖像超分辨率(Single Image Super-Resolution,簡(jiǎn)稱SISR)賽題。他們須基于PyTorch框架自行設(shè)計(jì)并訓(xùn)練AI模型,利用超級(jí)計(jì)算機(jī)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)將80張模糊不清的圖像還原成高分辨率圖像,并在相似度上符合標(biāo)準(zhǔn)。PyTorch由于簡(jiǎn)潔、高效、易用的優(yōu)點(diǎn),發(fā)布以來(lái)迅速獲得開(kāi)源社區(qū)歡迎,目前已經(jīng)成為使用率第二高的深度學(xué)習(xí)框架。

圖像超分辨率(Super-Resolution,簡(jiǎn)稱SR)技術(shù)是近幾十年來(lái)廣受關(guān)注的一項(xiàng)視覺(jué)計(jì)算技術(shù),其目標(biāo)是將低分辨率圖像恢復(fù)或重建為高分辨率圖像。隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)特別是生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)GAN被引入到SR研究中,這項(xiàng)技術(shù)得以廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星和航天圖像分析、醫(yī)療圖像處理、壓縮圖像/視頻增強(qiáng)及其他應(yīng)用領(lǐng)域。GAN能給SR帶來(lái)更多、更好的紋理細(xì)節(jié),使圖片肉眼看上去更細(xì)膩、真實(shí)、自然,因此成為圖像超分領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

對(duì)于參加ASC19競(jìng)賽的參賽隊(duì)員來(lái)說(shuō),人工智能應(yīng)用單張圖像超分辨率SR賽題的挑戰(zhàn)在于,這些本科專業(yè)多為計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)等的隊(duì)員們需要在兩個(gè)月的時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)大量SR、深度學(xué)習(xí)相關(guān)的論文,設(shè)計(jì)出AI算法并在超算系統(tǒng)上完成模型訓(xùn)練和不斷的算法優(yōu)化。

同時(shí),想要達(dá)到競(jìng)賽要求并取得更好成績(jī),隊(duì)員們?cè)谠O(shè)計(jì)模型時(shí)還需充分考慮畸變參數(shù)和感知參數(shù)之間的權(quán)衡。2018年一項(xiàng)發(fā)表于CVPR的研究成果表明,SR技術(shù)存在一個(gè)有趣的“悖論”,即還原或重建后的高分辨率圖像與原圖相似度越高,則肉眼觀察清晰度越差;反之,若肉眼觀察清晰度越好,則圖像的失真度越高。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因在于畸變(Distortion)參數(shù)和感知(Perception)參數(shù)之間側(cè)重點(diǎn)選擇的不同。

中國(guó)工程院院士丁文華院士表示,希望參賽隊(duì)員通過(guò)這道賽題打好深度學(xué)習(xí)、模型訓(xùn)練與優(yōu)化的基礎(chǔ),促進(jìn)SR技術(shù)在更多的場(chǎng)景應(yīng)用。SR賽題支持單位代表、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所程健研究員表示,人工智能的發(fā)展帶來(lái)計(jì)算需求激增,訓(xùn)練一個(gè)圖像分類模型需要千億億次浮點(diǎn)運(yùn)算,快速、大量做圖像超分辨率所需的計(jì)算量更大。希望大學(xué)生們能更好地將超算與人工智能結(jié)合,為SR技術(shù)應(yīng)用加速提供新思路。

ASC世界大學(xué)生超算競(jìng)賽是全球規(guī)模最大的大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽,旨在通過(guò)大賽平臺(tái)推動(dòng)各國(guó)及地區(qū)間超算青年人才交流和培養(yǎng),提升超算應(yīng)用水平和研發(fā)能力,發(fā)揮超算的科技驅(qū)動(dòng)力,促進(jìn)科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。ASC19初賽目前已經(jīng)展開(kāi),300多所海內(nèi)外報(bào)名高校將挑戰(zhàn)基準(zhǔn)測(cè)試HPL和HPCG、地球氣候模擬CESM和人工智能應(yīng)用單張圖像超分辨率SR,爭(zhēng)奪4月21日-25日將在大連理工大學(xué)舉辦的總決賽20強(qiáng)名額。