Такие сервисы конечно есть и все последние наработки в этом направление построены на нейронках. Попробуйте начать с поисковика по словам
photo resolution quality enlarge upscale online например. Некоторые довольно классно, в общем-то как вы и выразились, дорисовывают пиксели. Мне особенно нравятся работы
Дениса Ширяева и его нейроной сети по обработке старых, даже можно сказать древних, видео до 4k.
