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专利号: 2020100683155
申请人: 辽宁师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双残差网络的低剂量CT牙齿图像去噪方法,其特征在于按照如下步骤进行:

01部分,取BSD500数据集的灰度图像,在进入网络模型之前进行预处理操作,具体步骤如下:步骤C011:导入BSD500数据集的灰度图像,分别为500张预处理图像和500张真实图像,各500张灰度图像中432张做训练集,68张做测试集,预处理图像数据集记为Pre_Image,用于验证的真实图像数据集记为Real_Image;500张预处理图像分别记为Pre_Image1,Pre_Image2,…,Pre_Image500;500张真实图像分别记为Real_Image1,Real_Image2,…,Real_Image500;

步骤C012:将500张预处理图像和500张真实图像切块,块的大小为48*48像素,将预处理图像与真实图像所切的块分别记为预处理图像块Pre_P1,Pre_P2,…,Pre_Pn和真实图像块Real_P1,Real_P2,…,Real_Pn;

步骤C013:将预处理图像块Pre_P1,Pre_P2,…,Pre_Pn分别加入σ值为50的高斯噪声,记为噪声图像块Noise_P1,Noise_P2,…,Noise_Pn;

步骤C014:每次随机选取16000个噪声图像块和16000个真实图像块输入网络,其中噪声图像块记作Noise_Pi,真实图像块记作Real_Pi,1≤i≤16000;

02部分,训练辅助网络20次,为双残差网络去噪提供数据,具体步骤如下:

步骤C021:取单通道的真实图像块Real_Pi,输进网络;

步骤C022:开始训练 M=16000对应的线性关系模型Model1,约

定变量epoch_pro为辅助网络循环训练的次数,初始为0;

所述模型Model1的目标函数定义为: 式中 为真实

图像块Real_Pi,L(·)为损失函数,f(·|Φ)表示带有Φ参数化的辅助网络,λR(Φ)是一个带有参数Φ和λ的正则化项,所述λ>0;

步骤C0221:进入浅层特征提取层,记为Conv_pro1层;Conv_pro1层由64个3*3大小的滤波器组成,真实图像块Real_Pi经过Conv_pro1层后,得到64个通道的浅层特征空间图,记为Real_proPi_fm1;

步骤C0222:进入深层特征提取层,记为Deep_proRes2层;Deep_proRes2层中包含5个残差组和一个卷积层以及一个长跳跃连接;每一个残差组中包含10个带有通道注意机制的残差块和一个短跳连接;其中残差块是由两个卷积层和Relu激活层以及跳跃连接构成;浅层特征空间图Real_proPi_fm1经过Deep_proRes2层后,得到64个通道的深层特征空间图,记为Real_proPi_fm2;

步骤C0223:进入重构层,记为Conv_pro3层;Conv_pro3层由1个3*3大小的滤波器组成,深层特征空间图Real_proPi_fm2经过Conv_pro3层后,得到重构特征空间图,记为Real_proPi_fm3;

步骤C023:求重构特征空间图Real_proPi_fm3和真实灰度图像块Real_Pi之间的差异,通过L1 Loss计算方法可得相应的损失函数值,记为loss_pro,置epoch_pro=epoch_pro+

1;若loss_pro值小于0.01或者训练次数epoch_pro达到20,网络停止训练,保存训练模型model_pro.pt文件;否则将loss_pro值反向传播,通过ADAM优化算法重新更新参数,再一次进入步骤C022,循环重复训练;

03部分,利用双残差网络中得到的特征空间图的差异,进行去噪处理,具体步骤如下:

步骤C031:取单通道的噪声图像块Noise_Pi和单通道的真实图像块Real_Pi;

步骤C032:构建与训练辅助网络Model1结构一致的新辅助网络模型Model1*,将新辅助网络模型Model1*的参数替换为020部分训练辅助网络Model1得到的model_pro.pt模型和参数,并且固定该新辅助网络模型Model1*的参数不再更新;

步骤C033:开始训练去噪网络 M=16000对应的线性关系模型

Model,约定变量epoch为双残差网络循环训练的次数,初始化为0;

所述模型Model的目标函数定义为:

式中 为真实图像

块Real_Pi, 为噪声图像块Noise_Pi,Ω为层索引,L(·)为损失函数, 为通过第j个隐藏层得到的特征空间图的损失函数,fj(·)表示第j个隐藏层之前的网络,λR(θ)是一个带有参数θ和λ的正则化项,所述λ>0;

步骤C0331:将噪声图像块Noise_Pi输入去噪网络Model;

步骤0332:进入浅层特征提取层,记为Conv1层;Conv1层由64个3*3大小的滤波器组成,噪声图像块Noise_Pi经过Conv1层后,得到64个通道的浅层特征空间图,记为Noise_Pi_fm1;

步骤0333:进入深层特征提取层,记为Deep_Res2层;Deep_Res2层中包含5个残差组和一个卷积层,以及一个长跳跃连接;每一个残差组中包含10个带有通道注意机制的残差块和一个短跳连接;其中残差块是由两个卷积层和Relu激活层以及跳跃连接构成;浅层特征空间图Noise_Pi_fm1经过Deep_Res2层后,得到64个通道的深层特征空间图,记为Noise_Pi_fm2;

步骤0334:进入重构层,记为Conv3层;Conv3层由1个3*3大小的滤波器组成,深层特征空间图Noise_Pi_fm2经过Conv3层后,得到重构特征空间图,记为Noise_Pi_fm3;

步骤C034:将真实图像块Real_Pi输入到经过步骤C032的新辅助网络模型Model1*,经过Conv_pro1层、Deep_proRes2层和Conv_pro3层,分别得到特征空间图Real_proPi_fm1、Real_proPi_fm2、Real_proPi_fm3,即步骤C035:通过去噪网络和新辅助网络之间的特征空间求总损失函数值,进行反向传播;

步骤C0351:求经过步骤C033得到的重构特征空间图Noise_Pi_fm3和真实图像块Real_Pi之间的差异,通过L1  Loss计算方法可得相应的损失函数值,记为loss1,即步骤C0352:将经过辅助网络和去噪网络中Conv_pro1层和Conv1层、Deep_proRes2层和Deep_Res2层分别得到特征空间图Real_proPi_fm1、Real_proPi_fm2和Noise_Pi_fm1、Noise_Pi_fm2,求取特征空间图的差异,通过MSELoss计算方法可得相应的损失函数值,分别记为loss2和loss3,即步骤C0353:计算总损失函数值Loss,即:Loss=loss1+loss2+loss3,同时置epoch=epoch+1;若Loss值小于5.0或者训练次数epoch达到规定值300次,网络停止训练,保存训练模型model.pt文件,同时保存测试集BSD68的去噪结果图像、Loss值和PSNR数据;否则将Loss值反向传播,通过随机梯度下降方法重新更新参数θ,第l层的梯度下降表示为:再一次进入步骤C033,循环重复训练;

04部分,将低剂量CT牙齿图像输入训练好的去噪网路模型中,得到清晰图像,具体步骤如下:步骤C041:将030部分中得到的去噪网络模型model.pt文件导入到测试代码中;

步骤C042:将测试图像低剂量CT牙齿图像输入该模型中,得到清晰图像,并保存。