数字图像中风格迁移Python代码

时间: 2023-11-21 20:58:16 浏览: 52
以下是数字图像中风格迁移的Python代码实现: ```python import tensorflow as tf import numpy as np import PIL.Image import time import functools # 加载图像 def load_img(path_to_img): max_dim = 512 img = tf.io.read_file(path_to_img) img = tf.image.decode_image(img, channels=3) img = tf.image.convert_image_dtype(img, tf.float32) shape = tf.cast(tf.shape(img)[:-1], tf.float32) long_dim = max(shape) scale = max_dim / long_dim new_shape = tf.cast(shape * scale, tf.int32) img = tf.image.resize(img, new_shape) img = img[tf.newaxis, :] return img # 显示图像 def imshow(image, title=None): if len(image.shape) > 3: image = tf.squeeze(image, axis=0) plt.imshow(image) if title: plt.title(title) # 加载模型 def load_model(): vgg = tf.keras.applications.VGG19(include_top=False, weights='imagenet') vgg.trainable = False # 获取每个中间层的输出 content_layers = ['block5_conv2'] style_layers = ['block1_conv1', 'block2_conv1', 'block3_conv1', 'block4_conv1', 'block5_conv1'] num_content_layers = len(content_layers) num_style_layers = len(style_layers) return vgg, style_layers, content_layers # 计算Gram矩阵 def gram_matrix(input_tensor): result = tf.linalg.einsum('bijc,bijd->bcd', input_tensor, input_tensor) input_shape = tf.shape(input_tensor) num_locations = tf.cast(input_shape[1]*input_shape[2], tf.float32) return result/(num_locations) # 提取特征 def get_feature_representations(model, content_path, style_path): content_image = load_img(content_path) style_image = load_img(style_path) # 提取内容图像的特征 content_outputs = model(content_image) content_features = [content_outputs[layer_name] for layer_name in content_layers] # 提取风格图像的特征 style_outputs = model(style_image) style_features = [style_outputs[layer_name] for layer_name in style_layers] # 计算风格图像的Gram矩阵 style_feature_outputs = [gram_matrix(style_feature) for style_feature in style_features] # 将内容图像和风格图像的特征合并 content_dict = {content_name:value for content_name,value in zip(content_layers, content_features)} style_dict = {style_name:value for style_name,value in zip(style_layers, style_feature_outputs)} return {'content':content_dict, 'style':style_dict} # 计算内容损失 def get_content_loss(base_content, target): return tf.reduce_mean(tf.square(base_content - target)) # 计算风格损失 def get_style_loss(base_style, gram_target): height, width, channels = base_style.get_shape().as_list() gram_style = gram_matrix(base_style) return tf.reduce_mean(tf.square(gram_style - gram_target)) # 计算总损失 def compute_loss(model, loss_weights, init_image, gram_style_features, content_features): style_weight, content_weight = loss_weights # 提取初始图像的特征 model_outputs = model(init_image) # 将特征分为内容特征和风格特征 content_output_features = model_outputs[content_layers] style_output_features = model_outputs[style_layers] # 计算内容损失 content_loss = tf.add_n([get_content_loss(content_output_features[name], content_features[name]) for name in content_output_features.keys()]) content_loss *= content_weight / len(content_layers) # 计算风格损失 style_loss = tf.add_n([get_style_loss(style_output_features[name], gram_style_features[name]) for name in style_output_features.keys()]) style_loss *= style_weight / len(style_layers) # 计算总损失 loss = content_loss + style_loss return loss # 计算梯度 def compute_grads(cfg): with tf.GradientTape() as tape: all_loss = compute_loss(**cfg) total_loss = all_loss[0] return tape.gradient(total_loss, cfg['init_image']), all_loss # 进行风格迁移 def run_style_transfer(content_path, style_path, num_iterations=1000, content_weight=1e3, style_weight=1e-2): # 加载模型 model, style_layers, content_layers = load_model() # 提取内容图像和风格图像的特征 feature_representations = get_feature_representations(model, content_path, style_path) content_features = feature_representations['content'] style_features = feature_representations['style'] # 计算风格图像的Gram矩阵 gram_style_features = {name:gram_matrix(style_features[name]) for name in style_features.keys()} # 初始化图像 init_image = load_img(content_path) init_image = tf.Variable(init_image, dtype=tf.float32) # 定义优化器 opt = tf.optimizers.Adam(learning_rate=5, beta_1=0.99, epsilon=1e-1) # 定义损失权重 loss_weights = (style_weight, content_weight) # 进行风格迁移 start_time = time.time() best_loss, best_img = float('inf'), None cfg = { 'model': model, 'loss_weights': loss_weights, 'init_image': init_image, 'gram_style_features': gram_style_features, 'content_features': content_features } # 迭代优化 for i in range(num_iterations): grads, all_loss = compute_grads(cfg) loss, style_score, content_score = all_loss opt.apply_gradients([(grads, init_image)]) clipped = tf.clip_by_value(init_image, clip_value_min=0.0, clip_value_max=1.0) init_image.assign(clipped) if loss < best_loss: best_loss = loss best_img = init_image.numpy() if i % 100 == 0: print("Iteration: {}".format(i)) print("Total loss: {:.4e}, " "style loss: {:.4e}, " "content loss: {:.4e}".format(loss, style_score, content_score)) end_time = time.time() print("Total time: {:.1f}".format(end_time - start_time)) # 显示结果 best_img = tf.squeeze(best_img, axis=0) imshow(best_img, 'Output Image') # 运行风格迁移 content_path = 'content.jpg' style_path = 'style.jpg' run_style_transfer(content_path, style_path, num_iterations=1000, content_weight=1e3, style_weight=1e-2) ```

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