利索能及
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专利号: 2025104453672
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进SwinIR的路面缺陷图像超分辨率重建方法,其特征在于,具体包括以下步骤:步骤1:获取路面缺陷图像,构建第一数据集;所述第一数据集中,路面缺陷图像可通过数码相机进行拍摄、从行车记录仪或者监控视频中获取;

步骤2:基于第一数据集生成第二数据集,所述第二数据集通过对第一数据集进行两倍下采样,生成与高分辨率图像相对应的低分辨率图像对,并将其划分为训练集、验证集和测试集;

步骤3:构建基于改进SwinIR的路面缺陷图像超分辨率重建模型,所述模型包括浅层特征提取模块、深层特征提取模块和高质量修复模块,模型的构建进一步包括步骤3.1至步骤

3.3:

步骤3.1:将第二数据集的低质量图像训练集和验证集输入浅层特征提取模块,所述浅层特征提取模块使用3×3卷积层提取初始特征,生成初步特征图;

步骤3.2:将初步特征图输入至深层特征提取模块,所述深层特征提取模块由5个RSTB模块、5个SimAM注意力机制以及1个3×3卷积组成,其中,每个RSTB模块包含6个STL层和1个深度可分离卷积模块;

步骤3.3:将深层特征提取模块的输出送至高质量修复模块进行图像重建,所述高质量修复模块由上采样模块和一个3×3卷积组成;所述上采样模块使用PixelShuffle方法对特征图进行上采样,提升图像分辨率;上采样后的特征图再通过3×3卷积层进行进一步细化,有效修复图像细节,最终输出高质量的重建图像;

步骤4:设计结合Wasserstein距离改进的L1损失函数,其计算公式为:LTotal=loss_weight×LL1+wass_weight×LWass         (1)其中,LL1表示L1Loss,用于衡量预测值与真实值之间的绝对差异;LWass表示Wasserstein距离损失,用于衡量预测值和真实值之间的分布差异;loss_weight和wass_weight分别为L1Loss和Wasserstein距离的权重;

L1 Loss的计算公式为:

Wasserstein距离的计算公式为:

其中,f(xi)和yi分别表示第i个样本的预测值及相应真实值,n为样本的个数,Hist(·)表示直方图化操作;

步骤5:利用第二数据集的训练集和验证集对步骤3所述的基于改进SwinIR的路面缺陷图像超分辨率重建模型进行训练,并保存训练好的模型及权重,所述步骤5,进一步包括步骤5.1至步骤5.4:步骤5.1:设置所述基于改进SwinIR的路面缺陷图像超分辨率重建模型训练参数;

步骤5.2:将第二数据集的训练集和验证集图像对输入到改进的SwinIR路面缺陷图像超分辨率重建模型中,使用反向传播算法计算损失函数对模型参数的梯度,根据梯度更新模型的参数,使损失函数逐渐减小;

步骤5.3:监控训练过程中的损失函数值和性能指标,训练集的损失函数不再下降,同时评价指标PSNR和SSIM也不再提高时,停止训练以避免模型过拟合;

步骤5.4:在训练完成后,从中选取最优模型并保存训练权重;

步骤6:采用第二数据集的测试集对所述步骤5.4选取的最优模型进行测试,并对测试结果进行评估,若模型的PSNR和SSIM满足泛化性要求,即获得最终基于改进SwinIR的路面缺陷图像超分辨率重建模型,所述步骤6进一步包括步骤6.1至步骤6.3:步骤6.1:将所述测试集图像对输入到所述步骤5选取的最优模型中进行测试;

步骤6.2:计算模型性能指标PSNR,所述PSNR的具体计算公式如下:其中,x(i,j)和y(i,j)分别表示图像x和图像y在第i,j像素位置的值;m和n表示图像的宽和高,MAXx为图像x中最大像素值;

计算模型性能指标SSIM,所述SSIM的具体计算公式如下:

其中,μx和μy分别表示两个图像x和y的局部均值,用来估计亮度;c1和c2是常数项,防止除数为零; 和 表示图像x和y的局部方差,用来衡量图像的对比度;σxy表示图像x和y的协方差,用来衡量图像之间的结构相似性;

步骤6.3:评估测试集的性能指标,若测试集的PSNR和SSIM指标与训练集相近,说明模型满足泛化性的要求,获得最终基于改进SwinIR的路面缺陷图像超分辨率重建模型;

步骤7:将第一数据集与步骤5保存的训练权重一起输入到改进后的SwinIR路面缺陷图像超分辨率重建模型进行重建,即获得最终的超分辨率重建图像。