• GAN网络得到的图片模糊,噪声严重,求如何改善


    关注 码龄 粉丝数 原力等级 -- 被采纳 被点赞 采纳率 reguage 2024-04-23 20:31 采纳率: 0% 浏览 3 首页/ 人工智能 / GAN网络得到的图片模糊,噪声严重,求如何改善 生成对抗网络tensorflow 自己用tensorflow写了一个图片去噪的GAN,但是训练了近6k次,生成的图像总是带有颗粒状的噪点,想问一下除了继续训练,还能采取什么办法改进啊? 自己搜了一下,可能是棋盘效应,给出的解决方法是令上采样卷积核尺寸能被步长整除,尝试无明显改善。生成器的损失函数为 二元交叉熵+lambda*L1,尝试调节lambda,没有明显效果 生成器和判别器的损失值都在预期范围规律波动,不存在一方崩溃的可能性。L1也呈下降趋势,实在是找不到可能的问题了。 收起 写回答 好问题 0 提建议 追加酬金 关注问题 微信扫一扫 点击复制链接 分享 邀请回答 编辑 收藏 删除 结题 收藏 举报 追加酬金 (90%的用户在追加酬金后获得了解决方案) 当前问题酬金 ¥ 0 (可追加 ¥500) ¥ 15¥ 20¥ 50¥ 100¥ 200 支付方式 扫码支付 二维码出错 点击刷新 支付金额 15 元 提供问题酬金的用户不参与问题酬金结算和分配 支付即为同意 《付费问题酬金结算规则》 结题 再想想 删除 再等等

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    • 专家-赤兔[在线] 全栈领域优质创作者 2024-04-23 20:31
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      引自免费微信小程序:皆我百晓生

      在面对GAN训练过程中产生的模糊图像和噪声问题时,可以考虑以下几个方面进行优化:

      1. 网络结构:检查生成器(Generator)和判别器(Discriminator)的架构。确保它们都具有合适的层数、卷积核大小和步长。例如,使用更深的网络层可以捕捉更复杂的模式,但可能增加过拟合的风险。对于上采样,尝试使用不同的技术,如转置卷积(Deconvolution)、PixelShuffle等,并调整参数。

      2. 学习率:检查并调整学习率。过高的学习率可能导致训练不稳定,而过低的学习率则可能导致收敛速度慢。可以采用学习率衰减策略,如指数衰减或余弦退火。

      3. 正则化:在生成器损失函数中加入权重衰减(Weight Decay)可能会有所帮助。这有助于防止模型过拟合训练数据中的噪声。

      4. 批归一化:在生成器和判别器的卷积层后添加批量归一化(Batch Normalization),这可以帮助稳定训练过程,减少内部 covariate shift。

      5. 激活函数:尝试使用其他激活函数,如Leaky ReLU、ELU或Swish,而不是ReLU,因为这些激活函数在处理负值输入时表现更好。

      6. 噪声注入:在训练过程中向输入数据中添加随机噪声,可以帮助模型更好地处理噪声和提高泛化能力。

      7. 混合损失函数:除了二元交叉熵和L1距离,可以考虑使用其他损失函数,如Perceptual Loss、Style Loss等,以提升生成图像的质量。

      8. Gumbel Softmax:用于解决生成器输出的“棋盘效应”。将生成器的输出通过Gumbel Softmax trick转换成连续概率分布,然后采样得到离散像素值。

      9. 渐进式训练:先训练一个简单的任务(例如从低分辨率图像到高分辨率图像),然后逐渐增加复杂性,这可以帮助网络更好地学习。

      10. 数据增强:对训练数据应用随机变换,如旋转、缩放、裁剪等,以增加数据多样性。

      下面是一个示例代码,展示了如何实现上述的一些修改:

      import tensorflow as tf
      from tensorflow.keras import layers
      
      # 假设你已经有了生成器和判别器的定义,这里只展示关键部分
      def generator(input_shape, num_filters=64):
          model = tf.keras.Sequential()
          model.add(layers.Input(shape=input_shape))
          # 使用 BatchNormalization 和 LeakyReLU 激活函数
          model.add(layers.BatchNormalization())
          model.add(layers.LeakyReLU(alpha=0.2))
          # ... 其他卷积和上采样层 ...
          return model
      
      def discriminator(input_shape, num_filters=64):
          model = tf.keras.Sequential()
          model.add(layers.Input(shape=input_shape))
          # 使用 BatchNormalization 和 LeakyReLU 激活函数
          model.add(layers.BatchNormalization())
          model.add(layers.LeakyReLU(alpha=0.2))
          # ... 其他卷积层 ...
          return model
      
      generator = generator(input_shape=(256, 256, 3))
      discriminator = discriminator(input_shape=(256, 256, 3))
      
      # 使用 Gumbel Softmax
      def gumbel_softmax(logits, temperature=1.0):
          # ... 实现 Gumbel Softmax ...
          return probabilities
      
      # 训练循环
      for epoch in range(num_epochs):
          for real_images in train_dataset:
              # ... 划分真实样本和噪声样本 ...
              # 在生成器的输出上应用 Gumbel Softmax
              generated_images = gumbel_softmax(generator(noise_samples))
              
              # ... 计算损失 ...
              gen_loss = generator_loss(generated_images, real_labels)
              disc_loss = discriminator_loss(real_images, fake_labels)
      
              # 更新优化器
              generator_optimizer.minimize(gen_loss, var_list=generator.trainable_variables)
              discriminator_optimizer.minimize(disc_loss, var_list=discriminato.trainable_variables)
      
              # ... 打印损失 ...
      
      

      请注意,这只是一个简化版的代码示例,实际操作时可能需要根据你的具体需求和环境进行调整。同时,务必跟踪和记录每次修改后的结果,以便找出最有效的优化策略。

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    • 阿里嘎多学长 2024-04-23 20:31
      关注

      以下内容由CHATGPT及阿里嘎多学长共同生成、有用望采纳:


      【图片内容】:上传的图片中包含了“Predicted Image”(预测图像)、“Input Image”(输入图像)和“Ground Truth”(真实图像)的对比,以及一个来源标注“CSDN @reguage”。

      【问题概括】:你的问题是要解决使用生成对抗网络(GAN)进行图片去噪时,生成的图像模糊并且噪声严重的问题。

      【问题出现原因】:根据你的描述,可能的原因包括但不限于:

      1. 网络结构设计不够优化,可能需要增加网络的深度或宽度。
      2. 上采样过程中的棋盘效应,尽管你已经尝试了调整卷积核尺寸。
      3. 损失函数设置可能不够合理,虽然你已经尝试了调节lambda参数。
      4. 训练过程中可能存在其他未被识别的不稳定性。

      【问题解决方案】:

      1. 网络结构调整:考虑增加生成器和判别器的网络层数或神经元数量,以提高网络的学习能力。
      2. 改进上采样技术:尝试使用更高级的上采样技术,如转置卷积(transposed convolution)或生成式对抗网络中的渐进式增长结构。
      3. 损失函数优化:除了二元交叉熵和L1损失外,可以尝试加入感知损失(perceptual loss)或特征一致性损失(feature consistency loss)。
      4. 训练策略调整:采用更稳定的训练策略,如Wasserstein GAN或梯度惩罚(gradient penalty)。
      5. 数据增强:对训练数据进行增强,提高模型的泛化能力。

      【提供代码】:以下是一个简化的GAN结构示例,用于图片去噪,你可以根据自己的需求进行调整。

      import tensorflow as tf
      from tensorflow.keras.layers import Input, Conv2D, BatchNormalization, LeakyReLU, ReLU, UpSampling2D, Conv2DTranspose
      from tensorflow.keras.models import Model
      
      # 定义生成器
      def build_generator():
          inputs = Input(shape=(256, 256, 1))  # 根据你的输入图像尺寸调整
          x = Conv2D(64, (3, 3), padding='same')(inputs)
          x = BatchNormalization()(x)
          x = ReLU()(x)
      
          # 重复上采样和卷积操作
          # ...
      
          outputs = Conv2D(1, (3, 3), activation='tanh', padding='same')(x)
          return Model(inputs=inputs, outputs=outputs)
      
      # 定义判别器
      def build_discriminator():
          inputs = Input(shape=(256, 256, 1))
          x = Conv2D(64, (3, 3), padding='same')(inputs)
          x = LeakyReLU(alpha=0.2)(x)
      
          # 重复卷积和池化操作
          # ...
      
          outputs = Conv2D(1, (4, 4), activation='sigmoid', padding='same')(x)
          return Model(inputs=inputs, outputs=outputs)
      
      # 实例化生成器和判别器
      generator = build_generator()
      discriminator = build_discriminator()
      
      # 编译模型
      # ...
      
      # 训练模型
      # ...
      

      【示例代码运行方式】:你需要一个TensorFlow环境,可以使用pip安装。运行代码前,请确保你已经准备好了训练数据,并对模型结构进行了适当的调整。

      【示例代码预期运行结果】:由于GAN的训练过程具有不确定性,预期结果可能需要多次尝试和调整才能达到满意的效果。预期结果是生成的图像去噪效果提升,噪声减少,图像更加清晰。

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    • Kwan的解忧杂货铺 Java领域优质创作者 2024-04-23 20:31
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      晚上好🌙🌙🌙
      本答案参考ChatGPT-3.5

      针对GAN网络得到的图片模糊、噪声严重,可以尝试以下改善办法:

      1. 训练数据集:确保训练集与实际应用场景相符合,越接近实际应用场景的训练集对模型效果的提升越大。当训练集过小或非常不均衡时,可以采用数据增强技术扩充训练集。

      2. 增加深度或宽度:可以尝试增加网络的深度或宽度,以提升模型的表达能力和学习能力。

      3. 加入正则化技术:加入一些正则化技术,如dropout等,有助于减少过拟合,提高泛化能力。

      4. 改变网络结构:尝试修改网络的结构,如增加或减少层数、调整卷积核大小等。

      5. 调整超参数:可以尝试调整超参数,比如学习率、损失函数中的参数等,以提高模型性能。

      6. 其他技巧:在训练过程中,可以尝试一些技巧,如加入批归一化、使用不同的优化器、调整训练批次大小等,以提升训练效果。

      针对棋盘效应的问题,除了将上采样卷积核尺寸设为步长的整数倍之外,还可以尝试以下改善措施:

      1. 跳跃连接:加入跳跃连接可以降低信号从输入层到输出层的跳跃,有助于学习分层细节信息。

      2. 双线性上采样:使用双线性上采样代替传统的转置卷积上采样,可以避免棋盘效应的产生。

      3. 增加上采样倍数:在原有的上采样卷积层前增加一层小的卷积层,将上采样倍数增加至原来的两倍或以上,以避免棋盘效应的产生。

      4. 对抗训练:在训练GAN网络时,可以采用对抗训练的方式,将生成器和判别器对抗训练,有助于提高生成器的生成效果。

      针对噪声严重的问题,可以尝试以下改善措施:

      1. 使用更复杂的生成网络:使用更复杂的生成网络,如Unet、Resnet等,有助于提高生成效果和噪声消除的能力。

      2. 调整损失函数:可以尝试调整损失函数,如使用对抗损失函数、感知损失函数等,以提高生成效果和噪声消除的能力。

      3. 增加和减小噪声:可以在训练时加入一些噪声,以提高模型的鲁棒性和噪声消除能力。在测试时可以通过减小噪声的方式来消除噪声。

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    • 专家-百锦再 全栈领域优质创作者 2024-04-23 20:31
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      很高兴看到您通过尝试不同的方法来改进GAN生成的图像质量。除了继续训练以外,还有一些其他方法可以尝试来改进生成的图像质量。以下是一些建议:

      1. 尝试使用不同的损失函数:除了二元交叉熵和L1损失函数外,您可以尝试使用其他损失函数,例如像素差异损失(Pixel-wise Difference Loss)或感知损失(Perceptual Loss),以帮助模型更好地生成清晰的图像。

      2. 增加数据多样性:确保训练数据具有足够的多样性,以便模型学习不同场景下的噪声特征。

      3. 调整网络结构:尝试增加生成器和判别器的层数或调整网络结构,以提高模型对噪声的建模能力。

      4. 尝试正则化技术:可以尝试添加dropout或批归一化等正则化技术,以减少模型的过拟合情况。

      5. 超参数调整:尝试调整学习率、批次大小等超参数,以找到最佳的训练设置。

      下面是一个调整网络结构的示例,您可以尝试增加生成器和判别器的层数来改进模型的性能:

      from tensorflow.keras import layers, models 
      def generator_model():model = models.Sequential()model.add(layers.Dense(64*64*64, use_bias=False, input_shape=(100,)))model.add(layers.BatchNormalization())model.add(layers.LeakyReLU())model.add(layers.Reshape((64, 64, 64)))model.add(layers.Conv2DTranspose(256, (5, 5), strides=(1, 1), padding='same', use_bias=False))model.add(layers.BatchNormalization())model.add(layers.LeakyReLU())# Add more Conv2DTranspose layers heremodel.add(layers.Conv2DTranspose(3, (5, 5), strides=(1, 1), padding='same', activation='tanh', use_bias=False))return model

      希望以上建议能够帮助您改善GAN生成的图像质量。祝您成功!


      有问题你别着急,评论留言都可以,看到马上就回复,尽量及时补充齐
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    • 码农阿豪 Java领域优质创作者 2024-04-23 20:31
      关注
      让阿豪来帮你解答,本回答参考chatgpt3.5编写提供,如果还有疑问可以评论或留言
      可能的解决方法:
      1. 改变模型结构,比如尝试使用不同的激活函数、增加/减少网络层数等。
      2. 改变损失函数,尝试使用其他的损失函数,比如MSE、SSIM等,或者探索新的损失函数。
      3. 改变数据处理方式,比如对数据进行归一化、去均值等处理,或者提取更有区分度的特征用于训练模型。
      4. 调整超参数,比如学习率、批大小、权重初始化方法等。
      5. 尝试使用先进的方法,比如GAN的变体,比如WGAN、DCGAN等。
      6. 增加训练数据量或者使用预训练模型进行fine-tuning。 下面给出一些案例和代码示例:
      7. 改变模型结构 使用不同的激活函数: 在生成器和判别器中使用leaky ReLU代替ReLU激活函数,可以减缓梯度消失的问题,代码如下:
        def leaky_relu(x, alpha=0.2):
        return tf.maximum(alpha*x, x)
        
      增加/减少网络层数: 在生成器和判别器中增加/减少网络层数,可以让模型更加深/浅,进一步提升/降低模型的复杂度,代码如下:
      

      def build_generator(input_shape, output_channels, filters=[64, 128, 256, 512, 512]): inputs = keras.Input(shape=input_shape) x = inputs

      for filter in filters:
          x = keras.layers.Conv2DTranspose(filter, kernel_size=4, strides=2, padding='same')(x)
          x = keras.layers.BatchNormalization()(x)
          x = keras.layers.LeakyReLU(alpha=0.2)(x)
          
      outputs = keras.layers.Conv2DTranspose(output_channels, kernel_size=4, strides=2, padding='same', activation='tanh')(x)
      
      return keras.Model(inputs=inputs, outputs=outputs)
      

      def build_discriminator(input_shape, filters=[64, 128, 256, 512]): inputs = keras.Input(shape=input_shape) x = inputs

      for filter in filters:
          x = keras.layers.Conv2D(filter, kernel_size=4, strides=2, padding='same')(x)
          x = keras.layers.BatchNormalization()(x)
          x = keras.layers.LeakyReLU(alpha=0.2)(x)
          
      x = keras.layers.Conv2D(1, kernel_size=4, strides=1, padding='same')(x)
      
      outputs = keras.layers.Flatten()(x)
      
      return keras.Model(inputs=inputs, outputs=outputs)
      
      2. 改变损失函数
      使用MSE损失函数: 在生成器的损失函数中,使用MSE替代二元交叉熵可以优化图像像素值的重构,代码如下:
      

      def generator_loss(fake_output, real_output, l1_weight=100): mse = keras.losses.MeanSquaredError() l1_loss = keras.losses.MA cross_entropy = keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True)

      gen_loss = cross_entropy(tf.ones_like(fake_output), fake_output) + l1_weight * l1_loss(real_output, fake_output)
      
      return gen_loss
      
      使用SSIM损失函数: 在生成器的损失函数中,使用SSIM替代二元交叉熵可以优化图像结构及细节的重构,代码如下:
      

      def ssim_loss(img1, img2): ssim_loss = 1 - tf.reduce_mean(tf.image.ssim(img1, img2, max_val=2.0)) return ssim_loss def generator_loss(fake_output, real_output, ssim_weight=10): mse = keras.losses.MeanSquaredError() cross_entropy = keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True)

      gen_loss = cross_entropy(tf.ones_like(fake_output), fake_output) + ssim_weight * ssim_loss(real_output, fake_output)
      
      return gen_loss
      
      3. 改变数据处理方式
      去均值处理: 对输入图像的像素值进行去均值处理可以减少图像中的噪点,代码如下:
      

      def preprocess_data(imgs): # convert image to float32 type imgs = imgs.astype('float32') # zero-center normalization for i in range(imgs.shape[0]): imgs[i] = (imgs[i] - np.mean(imgs[i])) / np.std(imgs[i]) return imgs

      使用特征提取器: 在训练过程中,采用预训练的ResNet作为特征提取器,可以让生成器和判别器更加关注图像的结构和细节,代码如下:
      

      def build_feature_extractor(): resnet = keras.applications.ResNet50(include_top=False, weights='imagenet', input_shape=(256, 256, 3)) # set all layers to non-trainable for layer in resnet.layers: layer.trainable = False # get output of last convolutional layer feature_extractor = keras.Model(inputs=resnet.input, outputs=resnet.get_layer('conv5_block3_out').output) return feature_extractor feature_extractor = build_feature_extractor() def feature_loss(img1, img2): feat1 = feature_extractor(img1) feat2 = feature_extractor(img2) feat_loss = keras.losses.BinaryCrossentropy()(feat1, feat2) return feat_loss def generator_loss(fake_output, real_output, feat_weight=10): mse = keras.losses.MeanSquaredError() cross_entropy = keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True) feat_loss = feature_loss(real_output, fake_output) gen_loss = cross_entropy(tf.ones_like(fake_output), fake_output) + feat_weight * feat_loss return gen_loss

      4. 调整超参数
      调整学习率: 如果学习率设置过大,可能会出现梯度爆炸,如果学习率设置过小,可能会导致模型收敛缓慢。可以在模型训练中尝试不同的学习率,选择合适的学习率进行训练,代码如下:
      

      optimizer = keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.0001)

      调整批大小: 批大小过小可能会导致模型欠拟合,批大小过大可能会导致模型过拟合。可以在模型训练中尝试不同的批大小,选择合适的批大小进行训练,代码如下:
      

      BATCH_SIZE = 64

      调整权重初始化方法: 权重的初始化方式可能会影响模型的收敛速度和性能,可以尝试使用不同的初始化方法,比如Xavier或He等方法,代码如下:
      

      initializer = tf.keras.initializers.he_normal()

      5. 尝试使用先进的方法
      使用WGAN: WGAN中的权重削减技术和梯度惩罚可以有效避免模式崩溃,并且可以产生更清晰的图片。代码如下:
      

      from tensorflow.keras import layers class WGAN(keras.Model): def init( self, discriminator, generator, latent_dim, discriminator_extra_steps=3, gp_weight=10.0, ): super(WGAN, self).init() self.discriminator = discriminator self.generator = generator self.latent_dim = latent_dim self.d_steps = discriminator_extra_steps self.gp_weight = gp_weight def compile(self, d_optimizer, g_optimizer, d_loss_fn, g_loss_fn): super(WGAN, self).compile() self.d_optimizer = d_optimizer self.g_optimizer = g_optimizer self.d_loss_fn = d_loss_fn self.g_loss_fn = g_loss_fn def gradient_penalty(self, batch_size, real_images, fake_images): """ Calculates the gradient penalty. This loss is calculated on an interpolated image and added to the discriminator loss. """ # Get the interplated image alpha = tf.random.normal([batch_size, 1, 1, 1], 0.0, 1.0) diff = fake_images - real_images interpolated = real_images + alpha * diff with tf.GradientTape() as gp_tape: gp_tape.watch(interpolated) # 1. Get the discriminator output for this interpolated image. pred = self.discriminator(interpolated, training=True) # 2. Calculate the gradients w.r.t to this interpolated image. grads = gp_tape.gradient(pred, interpolated) # 3. Calculate the norm of the gradients. norm = tf.sqrt(tf.reduce_sum(tf.square(grads), axis=[1, 2, 3])) gp = tf.reduce_mean((norm - 1.0) ** 2) return gp def train_step(self, real_images): # Get the batch size batch_size = tf.shape(real_images)[0] # Get the latent vector random_latent_vectors = tf.random.normal(shape=(batch_size, self.latent_dim)) for i in range(self.d_steps): # Get the latent vector random_latent_vectors = tf.random.normal(shape=(batch_size, self.latent_dim)) with tf.GradientTape() as tape: # Generate fake images from the latent vector fake_images = self.generator(random_latent_vectors, training=True) # Get the logits for the fake images fake_logits = self.discriminator(fake_images, training=True) # Get the logits for the real images real_logits = self.discriminator(real_images, training=True) # Calculate the discriminator loss using the fake and real image logits d_loss = self.d_loss_fn(real_img=real_logits, fake_img=fake_logits) # Calculate the gradient penalty gradient_penalty = self.gradient_penalty(batch_size, real_images, fake_images) # Add the gradient penalty to the original discriminator loss d_loss += self.gp_weight * gradient_penalty # Get the gradients w.r.t the discriminator loss d_gradient = tape.gradient(d_loss, self.discriminator.trainable_variables) # Update the weights of the discriminator using the discriminator optimizer self.d_optimizer.apply_gradients( zip(d_gradient, self.discriminator.trainable_variables) ) # Clip discriminator weights for w in self.discriminator.weights: w.assign(tf.clip_by_value(w, -0.1, 0.1)) # Train the generator with tf.GradientTape() as tape: # Generate fake images using the generator fake_images = self.generator(random_latent_vectors, training=True) # Get the discriminator logits for fake images gen_img_logits = self.discriminator(fake_images, training=True) # Calculate the generator loss g_loss = self.g_loss_fn(gen_img_logits) # Get the gradients w.r.t the generator loss gen_gradient = tape.gradient(g_loss, self.generator.trainable_variables) # Update the weights of the generator using the generator optimizer self.g_optimizer.apply_gradients( zip(gen_gradient, self.generator.trainable_variables) ) # Return a dictionary containing the loss value of the generator and discriminator. return {"d_loss": d_loss, "g_loss": g_loss}

      6. 增加训练数据量或者使用预训练模型进行fine-tuning
      增加训练数据量: 尝试增加训练数据量,可以减少模型过拟合的问题,提高模型的泛化能力。
      使用预训练模型进行fine-tuning: 在训练过程中使用预训练好的模型作为初始模型参数,可以提高模型的效果和速度,代码如下:
      

      base_model = tf.keras.applications.VGG16(input_shape=IMG_SHAPE, include_top=False, weights='imagenet') global_average_layer = tf.keras.layers.GlobalAveragePooling2D() prediction_layer = keras.layers.Dense(1) model = tf.keras.Sequential([ base_model, global_average_layer, prediction_layer ]) base_learning_rate = 0.0001 model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(lr=base_learning_rate), loss=tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True), metrics=['accuracy']) history = model.fit(train_batches, epochs=10, validation_data=validation_batches)

      综上,有很多方法可以尝试调整和改进模型性能,在实践中可以采取多种方法结合使用,找到最优的模型和参数组合。

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