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专利号: 2023116596432
申请人: 齐鲁工业大学(山东省科学院)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于SwinIR的海洋图像去噪方法,其特征在于,包括如下步骤:a)获取n张原始海洋噪声图像,得到原始海洋图像集合A0,A0={A1,A2,...,Ai,...,An},H×W×CAi为第i张原始海洋噪声图像,i∈{1,...,n},Ai∈R ,R为实数空间,W为第i张原始海洋噪声图像的宽度,H为第i张原始海洋噪声图像的高度;

b)将第i张原始海洋噪声图像Ai进行预处理,得到第i张预处理后的原始海洋噪声图像A′i,预处理后的海洋图像集合为A′0,A′0={A′1,A′2,...,A′i,...,A′n};

c)将预处理后的海洋图像集合为A′0划分为训练集和测试集;

d)建立海洋图像去噪网络模型,海洋图像去噪网络模型由SwinIR模型中的浅层特征提取模块、第一残差模块、半监督浅桥模块、第二残差模块、SwinIR模型中的深层特征提取模块、SwinIR模型中的高质量图像重建模块、上采样单元构成;

e)将训练集中的第i张预处理后的原始海洋噪声图像A′i输入到海洋图像去噪网络模型的浅层特征提取模块及残差模块中,输出得到特征图AQ1、残差图像A′Q1‑1‑R及残差图像A′Q1‑1‑R的已标记图像潜在空间ML;

f)将残差图像A′Q1‑1‑R输入到海洋图像去噪网络模型的半监督浅桥模块和第二残差模块中,输出得到未标记残差图像A′Q3‑R‑M及未标记残差图像A′Q3‑R‑M的已标记图像潜在空间MUL;

g)将未标记残差图像A′Q3‑R‑M输入到海洋图像去噪网络模型的深层特征提取模块中,输出得到特征图AQ4;

h)将特征图AQ4输入到海洋图像去噪网络模型的高质量图像重建模块,输出得到特征图AQ4‑R;

i)将特征图AQ4‑R输入到海洋图像去噪网络模型的上采样单元中,输出得到去噪图像Ades;

j)计算总损失函数L,根据总损失函数训练海洋图像去噪网络模型,得到优化后的海洋图像去噪网络模型;

k)将测试集中的第i张预处理后的原始海洋噪声图像A′i输入到优化后的海洋图像去噪网络模型中,输出得到去噪图像A′des;

步骤e)包括如下步骤:

e‑1)将训练集中的第i张预处理后的原始海洋噪声图像A′i输入到海洋图像去噪网络模型的浅层特征提取模块中,输出得到特征图AQ1;

e‑2)将特征图AQ1输入到海洋图像去噪网络模型的残差模块中,使用Python的random库中的getrandbits函数对特征图AQ1进行随机掩码操作,得到掩码后的已标记噪声图像AQ1‑1;

e‑3)使用Python的OpenCV库中的fastN1MeansDenoising函数进行图像去噪,得到已标记去噪图像AQ1‑1‑R;

e‑4)将掩码后的已标记噪声图像AQ1‑1与已标记去噪图像AQ1‑1‑R进行相减操作,得到残差图像A′Q1‑1‑R;

e‑5)使用Python的OpenCV库中的absdiff函数对残差图像A′Q1‑1‑R提取残差,得到已标记图像潜在空间ML;

步骤f)包括如下步骤:

f‑1)海洋图像去噪网络模型的半监督浅桥模块由第一二维卷积层、第二二维卷积层、第三二维卷积层、最大池化层、全连接层构成;

f‑2)将特征图AQ1输入到半监督浅桥模块的第一二维卷积层中,输出得到特征图A″′Q1‑1‑R;

f‑3)将特征图A″′Q1‑1‑R输入到半监督浅桥模块的第二二维卷积层中,输出得到特征图AQ2;

f‑4)将特征图AQ2输入到半监督浅桥模块的第三二维卷积层中,输出得到特征图A′Q2‑1‑R;

f‑5)将特征图A′Q2‑1‑R输入到半监督浅桥模块的最大池化层中,输出得到特征图AQ3,f‑6)将特征图AQ3输入到半监督浅桥模块的全连接层中,输出得到特征图A″Q1‑1‑R;

f‑7)将特征图A″Q1‑1‑R输入到海洋图像去噪网络模型的第二残差模块中,使用Python的OpenCV库中的flip函数进行坐标轴为1的水平翻转图片增强操作,得到特征图f‑8)使用Python的OpenCV库中的add函数将残差图像A′Q1‑1‑R与特征图 进行相加操作,得到特征图AQ3‑R‑M;

f‑9)对特征图AQ3‑R‑M使用Python的OpenCV库中的flip函数进行坐标轴为0的垂直翻转图片增强操作,得到特征图f‑10)将特征图AQ3‑R‑M与特征图A″Q1‑1‑R进行相减操作,得到未标记残差图像A′Q3‑R‑M;

f‑11)使用Python的OpenCV库中的absdiff函数对未标记残差图像A′Q3‑R‑M提取残差,得到未标记残差图像A′Q3‑R‑M的已标记图像潜在空间MUL。

2.根据权利要求1所述的基于SwinIR的海洋图像去噪方法,其特征在于:步骤a)中从WSODD数据集中获取n张原始海洋噪声图像,得到原始图像集合A0。

3.根据权利要求1所述的基于SwinIR的海洋图像去噪方法,其特征在于,步骤b)包括如下步骤:b‑1)将第i张原始海洋噪声图像Ai裁剪成128×128像素;

b‑2)将裁剪后的图像随机旋转90°后再随机旋转180°,得到第i张预处理后的原始海洋噪声图像A′i。

4.根据权利要求1所述的基于SwinIR的海洋图像去噪方法,其特征在于:步骤c)中将预处理后的海洋图像集合为A′0按照3:1的比例划分为训练集和测试集。

5.根据权利要求1所述的基于SwinIR的海洋图像去噪方法,其特征在于:步骤f‑2)中第一二维卷积层的卷积核大小为3×3、padding为1、步长为1;步骤f‑3)中第二二维卷积层的卷积核大小为3×3、padding为1、步长为1;步骤f‑4)中第三二维卷积层的卷积核大小为3×

3、padding为1、步长为1;步骤f‑5)中最大池化层的池化核大小为2×2、步长为2;步骤f‑6)中全连接层的池化核大小为2×2、步长为4。

6.根据权利要求1所述的基于SwinIR的海洋图像去噪方法,其特征在于:步骤i)中将特征图AQ4‑R输入到海洋图像去噪网络模型的上采样单元中,通过Pytorch中的PixelShuffle函数对特征图AQ4‑R进行上采样处理,得到去噪图像Ades。

7.根据权利要求1所述的基于SwinIR的海洋图像去噪方法,其特征在于,步骤j)包括如下步骤:j‑1)将特征图AQ4输入到Transformer网络模型的编码器模块中,输出得到H*W的特征矩阵G;

j‑2)通过公式L=LL1+λ1Lconst+λ2Lpotential计算得到总损失总损失函数L,式中LL1为正则化损失函数,为拼接操作,λ1与λ2均为权重;

j‑3)使用Adam优化器,利用总损失函数L训练海洋图像去噪网络模型,得到优化后的海洋图像去噪网络模型。

8.根据权利要求7所述的基于SwinIR的海洋图像去噪方法,其特征在于:训练海洋图像去噪网络模型时迭代次数为200K,学习率设置为0.0002,学习速度设置为每20个迭代衰减‑4

0.8倍,初始学习率设置为1×10 ,批量大小设置为64,λ1=0.1,λ2=0.1。