【图像修复】基于深度学习的图像修复算法的MATLAB仿真

article/2025/10/15 15:09:00

1.软件版本

matlab2021a

2.本算法理论知识

       在许多领域,人们对图像质量的要求都很高,如医学图像领域、卫星遥感领域等。随着信息时代的快速发展,低分辨率图像已经难以满足特定场景的需要。因此,低分辨率图像恢复与重建的研究逐渐成为现阶段的研究热点,具有广阔的应用前景和应用价值。目前,现有的图像恢复和重建算法在一定程度上可以解决图像分辨率低的问题,但对于细节丰富的图像,重建能力差,视觉效果差。针对这一问题,本文结合深度学习神经网络的基本原理,提出了一种基于卷积神经网络的图像恢复与重建算法。本文的主要内容如下:

       首先,在阅读大量国内外文献的基础上,总结了图像恢复与重建算法的研究现状。总结了卷积神经网络在深度学习中的基本原理、优缺点。

       其次,详细介绍了卷积神经网络的基本原理和结构。推导了正向传播和反向传播公式。从理论上证明了卷积神经网络在图像超分辨率重建中的优越性。

       再次,利用MATLAB深度学习工具箱设计了卷积神经网络模型。在设计过程中,利用MATLAB对卷积神经网络的参数进行优化,包括卷积层数、学习速率、卷积核大小和批量大小。通过MATLAB仿真结果,CNN的最佳参数为:学习率为0.05,卷积层数为18,卷积核大小为3*3,批量大小为32。最后,利用IAPR-TC12基准图像数据库对卷积神经网络的性能进行了仿真。并对双三次方法和SRCNN方法进行了比较。仿真结果表明,与传统的双三次和SRCNN方法相比,该方法具有更好的性能和更高的精细度优势。

        Through the theoretical introduction of convolution neural network, we will establish the following deep learning network model of image reconstruction.

Fig 1. The structure of image reconstruction CNN model

Figure 6 shows that the CNN contains the model of image Input Layer, convolution 2d Layer, relu Layer and regression Layer.

According to the structure of this CNN model, we will use the deep learning toolbox to establish the CNN image reconstruction model. The main functions used include “imageInputLayer”, “convolution2dLayer”, “reluLayer”, “trainNetwork” and ”regression Layer”.

         The function of “imageInputLayer” is mainly used to input images. An image input layer inputs 2-D images to a network and applies data normalization. In this function, we can set the size and type of the input image. In our model, we set up the function as follows:

Layers = imageInputLayer([64 64 1],

'Name','InputLayer',

'Normalization','none'

);

         The function of “convolution2dLayer” is mainly used to realized the image convolution and get the feature of image. A 2-D convolutional layer applies sliding convolutional filters to the input. The layer convolves the input by moving the filters along the input vertically and horizontally and computing the dot product of the weights and the input, and then adding a bias term. In our model, we set the  function as follows:

convLayer   =  convolution2dLayer(3,64,

'Padding',1,

'WeightsInitializer','he',

'BiasInitializer','zeros',

'Name','Conv1'

);

         The function of “reluLayer” is mainly used to realized the activation layer of convolution neural networks. A ReLU layer performs a threshold operation to each element of the input, where any value less than zero is set to zero.

relLayer     = reluLayer('Name', 'ReLU1');

The function of “regressionLayer” is mainly used to compute the half-mean-squared-error loss for regression problems. In our model, we set up the function as follows:

regressionLayer('Name','FinalRegressionLayer')

The function of “trainNetwork” is to train a convolutional neural network for image data. We can train on either CPU or GPU. In our model, we set the function as follows:

options = trainingOptions('sgdm', ...

    'Momentum', 0.9, ...

    'InitialLearnRate', initLearningRate, ...

    'LearnRateSchedule', 'piecewise', ...

    'LearnRateDropPeriod', 10, ...

    'LearnRateDropFactor', learningRateFactor, ...

    'L2Regularization', l2reg, ...

    'MaxEpochs', maxEpochs, ...

    'MiniBatchSize', miniBatchSize, ...

    'GradientThresholdMethod', 'l2norm', ...

    'GradientThreshold', 0.01, ...

    'Plots', 'training-progress', ...

    'Verbose', false);

net = trainNetwork(dsTrain, layers, options);

3.核心代码

clc;
close all;
clear all;
warning off;
addpath 'func\'%%
Testdir        = 'images\';
[train_up2,train_res2,augmenter]=func_train_data(Testdir);%%
SCS                     = 64;
[layers,lgraph,dsTrain] = func_myCNN(SCS,train_up2,train_res2,augmenter,18,3);figure
plot(lgraph)%%
maxEpochs          = 1;
epochIntervals     = 1;
initLearningRate   = 0.05;
learningRateFactor = 0.1;
l2reg              = 0.0001;
miniBatchSize      = 32;options = trainingOptions('sgdm', ...'Momentum',0.9, ...'InitialLearnRate',initLearningRate, ...'LearnRateSchedule','piecewise', ...'LearnRateDropPeriod',10, ...'LearnRateDropFactor',learningRateFactor, ...'L2Regularization',l2reg, ...'MaxEpochs',maxEpochs, ...'MiniBatchSize',miniBatchSize, ...'GradientThresholdMethod','l2norm', ...'GradientThreshold',0.01, ...'Plots','training-progress', ...'Verbose',false);net = trainNetwork(dsTrain,layers,options);save trained_cnn.mat 

4.操作步骤与仿真结论

 

 

 

 

 

 

unit

parameter

1

InputLayer

input Image size is 64x64x1

2

Conv1

Convolution kernel size is 3x3,convolution kernel number is 64, stride is [1 1 1]

3

ReLU1

The activation function  is ReLU

4

Conv2

Convolution kernel size is 3x3,convolution kernel number is 64, stride is [1 1 1]

5

ReLU2

The activation function  is ReLU

6

Conv3

Convolution kernel size is 3x3,convolution kernel number is 64, stride is [1 1 1]

7

ReLU4

The activation function  is ReLU

……….

8

Conv16

Convolution kernel size is 3x3,convolution kernel number is 64, stride is [1 1 1]

9

ReLU16

The activation function  is ReLU

10

Conv17

Convolution kernel size is 3x3,convolution kernel number is 64, stride is [1 1 1]

11

ReLU17

The activation function  is ReLU

12

Conv18

Convolution kernel size is 3x3x64,convolution kernel number is 64, stride is [1 1 1]

13

FinalRegressionLayer

The Regression output is mean squared error

5.参考文献

[1]

B. WU, Y. WU and H. ZHANG, Image restoration technology based on variational partial differential equation, Beijing: Peking University Press, 2008.

[2]

J. YANG and C. HUANG, Digital image processing and MATLAB implementation (second edition), Beijing: Electronic Industry Press, 2013.

[3]

D. Wang, Z. Li, S. Guo and L. Xie, "Nonlocally centralized sparse represention for image restoration," IEEE Trans. Image Process, vol. 22, pp. 1620-1630, 2013.

A05-110

6.完整源码获得方式

方式1:微信或者QQ联系博主

方式2:订阅MATLAB/FPGA教程,免费获得教程案例以及任意2份完整源码


http://chatgpt.dhexx.cn/article/R4fbxXef.shtml

相关文章

【毕业设计】深度学习图像修复算法研究与实现 - python

文章目录 1 前言2 什么是图像内容填充修复3 原理分析3.1 第一步:将图像理解为一个概率分布的样本3.2 补全图像 3.3 快速生成假图像3.4 生成对抗网络(Generative Adversarial Net, GAN) 的架构3.5 使用G(z)生成伪图像 4 在Tensorflow上构建DCGANs5 最后 1 前言 &…

图像修复 图像补全_图像修复简介

图像修复 图像补全 In practical applications, images are often corroded by noise. These noises are dust or water droplets on the lens, or scratches from old photos, or the image is artificially painted or part of the image Itself has been damaged. 在实际应用…

Opencv--图像修复

Opencv–图像修复 前言 在实际应用中,我们的图像常常会被噪声腐蚀,这些噪声或是镜头上的灰尘或水滴,或是旧照片的划痕,或者是图像遭到人为的涂画(比如马赛克)或者图像的部分本身已经损坏。如果我们想让这…

数字图像处理之图像修复

目录 目标 实验 主函数:加噪声,扭曲原始图片,使用滤波器修复图片 子函数1:中心化图片 子函数2:加高斯噪声 子函数3:维纳反卷积滤波器 子函数4:逆滤波器 实验结果 原始图片,退化…

图像修复模型——TV模型

1. 参考文献 2. TV图像修复模型 2.1 TV模型 % demo_TV.m % Author: HSW % Date: 2015/3/25 % HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY % % set matlab close all; clear all; clc;options.null 0; % read image Img imread(Image\butterfly.bmp); % Img imread(Image\peppers.bmp…

图像修复 学习笔记

目录 局部卷积(PConv)图像修复 Pconv torch 实现: 局部卷积(PConv)图像修复 本文提出了局部卷积(PConv)层来处理不规则孔。图1显示了使用建议的PConv的一些修复结果。看样子还不错&#xff0…

基于改进Criminisi算法的图像修复

1、内容简介 略 516-可以交流、咨询、答疑 2、内容说明 摘 要:针对 Criminisi算法难以获得理想的修复效果,且存在修复时间过长等缺陷,提出一种改进 Criminisi算法的 图像修复算法。改进优先权计算方式找到最优待修复块,完善最优…

图像修复简介

点击上方“小白学视觉”,选择加"星标"或“置顶” 重磅干货,第一时间送达推荐阅读 42个pycharm使用技巧,瞬间从黑铁变王者Google C项目编程风格指南 (中文版) 分享在实际应用中,图像经常被噪声腐蚀。这些噪音是镜头上的灰…

Halcon图像修复

1.之前研究OpenCV的图像修复时,知道Opencv提供的inpaint API能够实现这个效果。 void inpaint( InputArray src, 原图 InputArray inpaintMask, 二进制掩模,指示要修复的像素 OutputArray dst, 目标图像 double inpaintRadius, 像素周围的邻域补绘。…

图像修复

转自:https://blog.csdn.net/moxibingdao/article/details/107075598 本文继 去雨去雾去模糊篇 和 图像增强与图像恢复篇 之后,继续盘点CVPR 2020 中低层图像处理技术,本篇聚焦于图像修复(Image Inpainting)。 示例如…

CVPR 2020 论文大盘点-图像修复Inpainting篇

转自:https://mp.weixin.qq.com/s?__bizMzIwMTE1NjQxMQ&mid2247519592&idx2&sn3a0598c9f52e47929678a572ea451d98&chksm96f0ff3ca187762a107b4b9194e862b757d3d943ec399b35cbb7576cd92ee55cc648d7121ac3&scene21#wechat_redirect 本文继 去雨…

图像修复介绍

图像修复是一种利用缺损图像中已知部分的信息预测缺损区域的内容,允许使用替代内容取填充目标区域的技术。其最终目的是保证修复后的图像整体结构连贯统一,修复区域边缘处过渡自然,修复内容细节丰富合理,最好能够使观察者无法分辨…

【OpenCV】- 图像修复

说明:图像修复可以解决类似噪声或者是镜头上的灰尘或水滴或者旧照片上面的划痕等。 文章目录 1、实现图像修补:inpaint()函数2、opencv之鼠标响应函数3、示例程序 1、实现图像修补:inpaint()函数 说明:图像修补技术由inpaint()函数…

图像修复(Image Restoration)算法数据集详细介绍

目录 人脸数据集 1.Helen Face 2.CelebA (Celebrity Attribute) 3.CelebA-HQ 4.FFHQ(Flickr-Faces-HQ) 场景数据集 1.MS COCO (Common Objects in Context) 2.ImageNet 3.Places2 街景数据集 1.Paris StreetView 2.Cityscapes 纹理数据集 …

图像修复 : ICCV 2021 基于条件纹理和结构并行生成的图像修复【翻译】

声明:精简翻译,未完全校对 积压的存稿、好久没更文了、先发一篇这个代码很不错、推荐有兴趣的同学学习博主也写了对应的测评文章待发、点赞越多、发的越快如有同学,学有余力、可以转载这个文章( 附原文地址即可 )、校对…

Linux udhcpc/udhcpd 移植

参考文档: http://blog.chinaunix.net/uid-14704264-id-4272838.html https://www.cnblogs.com/chenfulin5/p/9481249.html 若系统busybox 自带了 udhcpc 和 udhcpd 工具 udhcpc 作为客户端工具,用于动态获取IP; udhcpd 作为服务器工具&…

udhcpc6的default.script

udhcpc6使用中遇到的问题 和udhcpc一样,udhcpc6是busybox中的一个工具,主要用来提供dhcpv6客户端服务。 在使用过程中遇到了一个问题,直接执行udhcpc6 -i eth0,可以看到打印信息中显示正在发送discover包,如果本地有…

UNIX source code-DHCP

文章目录 DHCP基础知识什么是DHCP为什么要使用DHCP IP地址分配机制工作原理报文类型基本步骤中继重用IP租赁期限 代码解析文件作用udhcpd.c结构体代码逻辑(流程) udhcpc.c结构体代码逻辑(流程) file.c结构体(read_conf…

udhcpc 移植和使用

问题描述: busybox udhcpc获取IP,但没有自动将获取到的ip设置到网卡上,并且没有自动设置网关,路由表等。必须手动设置才能连接外网。 解决方案: udhcpc可以通过-s参数指定运行脚本,当获取到ip地址后&…

初始化ArrayList、List的两种方法

说明&#xff1a; 个人偏向第二种方法&#xff0c;适合没有服务器数据的情况下&#xff0c;做个简单的list来开发 方式一&#xff1a; ArrayList<String> list new ArrayList<String>();String str01 String("str01");String str02 String("str0…