pix2pix GAN 用于low dose ct denoising的代码

时间: 2024-04-12 11:30:41 浏览: 126
以下是使用pix2pix GAN进行低剂量CT去噪的示例代码: ```python import tensorflow as tf import tensorflow_addons as tfa import os # 定义生成器模型 def generator(): inputs = tf.keras.layers.Input(shape=[None, None, 1]) # 编码器 down_stack = [ downsample(64, 4, apply_batchnorm=False), # (batch_size, 128, 128, 64) downsample(128, 4), # (batch_size, 64, 64, 128) downsample(256, 4), # (batch_size, 32, 32, 256) downsample(512, 4), # (batch_size, 16, 16, 512) downsample(512, 4), # (batch_size, 8, 8, 512) downsample(512, 4), # (batch_size, 4, 4, 512) downsample(512, 4), # (batch_size, 2, 2, 512) downsample(512, 4), # (batch_size, 1, 1, 512) ] up_stack = [ upsample(512, 4, apply_dropout=True), # (batch_size, 2, 2, 1024) upsample(512, 4, apply_dropout=True), # (batch_size, 4, 4, 1024) upsample(512, 4, apply_dropout=True), # (batch_size, 8, 8, 1024) upsample(512, 4), # (batch_size, 16, 16, 1024) upsample(256, 4), # (batch_size, 32, 32, 512) upsample(128, 4), # (batch_size, 64, 64, 256) upsample(64, 4), # (batch_size, 128, 128, 128) ] initializer = tf.random_normal_initializer(0., 0.02) last = tf.keras.layers.Conv2DTranspose(OUTPUT_CHANNELS, 4, strides=2, padding='same', kernel_initializer=initializer) # (batch_size, 256, 256, 3) x = inputs skips = [] for down in down_stack: x = down(x) skips.append(x) skips = reversed(skips[:-1]) for up, skip in zip(up_stack, skips): x = up(x) x = tf.keras.layers.Concatenate()([x, skip]) x = last(x) return tf.keras.Model(inputs=inputs, outputs=x) # 定义判别器模型 def discriminator(): initializer = tf.random_normal_initializer(0., 0.02) inp = tf.keras.layers.Input(shape=[None, None, 1], name='input_image') tar = tf.keras.layers.Input(shape=[None, None, 1], name='target_image') x = tf.keras.layers.concatenate([inp, tar]) # (batch_size, 256, 256, channels*2) down1 = downsample(64, 4, False)(x) # (batch_size, 128, 128, 64) down2 = downsample(128, 4)(down1) # (batch_size, 64, 64, 128) down3 = downsample(256, 4)(down2) # (batch_size, 32, 32, 256) zero_pad1 = tf.keras.layers.ZeroPadding2D()(down3) # (batch_size, 34, 34, 256) conv = tf.keras.layers.Conv2D(512, 4, strides=1, kernel_initializer=initializer, use_bias=False)(zero_pad1) # (batch_size, 31, 31, 512) batchnorm1 = tfa.layers.InstanceNormalization()(conv) leaky_relu = tf.keras.layers.LeakyReLU()(batchnorm1) zero_pad2 = tf.keras.layers.ZeroPadding2D()(leaky_relu) # (batch_size, 33, 33, 512) last = tf.keras.layers.Conv2D(1, 4, strides=1, kernel_initializer=initializer)(zero_pad2) # (batch_size, 30, 30, 1) return tf.keras.Model(inputs=[inp, tar], outputs=last) # 定义下采样函数 def downsample(filters, size, apply_batchnorm=True): initializer = tf.random_normal_initializer(0., 0.02) result = tf.keras.Sequential() result.add(tf.keras.layers.Conv2D(filters, size, strides=2, padding='same', kernel_initializer=initializer, use_bias=False)) if apply_batchnorm: result.add(tfa.layers.InstanceNormalization()) result.add(tf.keras.layers.LeakyReLU()) return result # 定义上采样函数 def upsample(filters, size, apply_dropout=False): initializer = tf.random_normal_initializer(0., 0.02) result = tf.keras.Sequential() result.add(tf.keras.layers.Conv2DTranspose(filters, size, strides=2, padding='same', kernel_initializer=initializer, use_bias=False)) result.add(tfa.layers.InstanceNormalization()) if apply_dropout: result.add(tf.keras.layers.Dropout(0.5)) result.add(tf.keras.layers.ReLU()) return result # 定义损失函数 loss_object = tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True) def generator_loss(disc_generated_output, gen_output, target): gan_loss = loss_object(tf.ones_like(disc_generated_output), disc_generated_output) l1_loss = tf.reduce_mean(tf.abs(target - gen_output)) total_gen_loss = gan_loss + (LAMBDA * l1_loss) return total_gen_loss, gan_loss, l1_loss def discriminator_loss(disc_real_output, disc_generated_output): real_loss = loss_object(tf.ones_like(disc_real_output), disc_real_output) generated_loss = loss_object(tf.zeros_like(disc_generated_output), disc_generated_output) total_disc_loss = real_loss + generated_loss return total_disc_loss # 定义优化器 generator_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(2e-4, beta_1=0.5) discriminator_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(2e-4, beta_1=0.5) # 定义检查点 checkpoint_dir = './training_checkpoints' checkpoint_prefix = os.path.join(checkpoint_dir, "ckpt") checkpoint = tf.train.Checkpoint(generator_optimizer=generator_optimizer, discriminator_optimizer=discriminator_optimizer, generator=generator(), discriminator=discriminator()) # 定义训练循环 @tf.function def train_step(input_image, target, step): with tf.GradientTape() as gen_tape, tf.GradientTape() as disc_tape: gen_output = generator()(input_image, training=True) disc_real_output = discriminator()([input_image, target], training=True) disc_generated_output = discriminator()([input_image, gen_output], training=True) gen_total_loss, gen_gan_loss, gen_l1_loss = generator_loss(disc_generated_output, gen_output, target) disc_loss = discriminator_loss(disc_real_output, disc_generated_output) generator_gradients = gen_tape.gradient(gen_total_loss, generator().trainable_variables) discriminator_gradients = disc_tape.gradient(disc_loss, discriminator().trainable_variables) generator_optimizer.apply_gradients(zip(generator_gradients, generator().trainable_variables)) discriminator_optimizer.apply_gradients(zip(discriminator_gradients, discriminator().trainable_variables)) if step % 100 == 0: print('Step {}, Generator Loss: {}, Discriminator Loss: {}'.format(step, gen_total_loss, disc_loss)) # 训练模型 def fit(train_ds, epochs, test_ds): for epoch in range(epochs): for input_image, target in train_ds: train_step(input_image, target, step) if (epoch + 1) % 10 == 0: checkpoint.save(file_prefix=checkpoint_prefix) print('Epoch {}, Loss: {}'.format(epoch, total_loss)) # 加载数据集 def load_data(): # 加载训练数据和测试数据 train_dataset = ... test_dataset = ... return train_dataset, test_dataset # 设置超参数 OUTPUT_CHANNELS = 1 LAMBDA = 100 # 加载数据集 train_dataset, test_dataset = load_data() # 训练模型 fit(train_dataset, epochs=150, test_ds=test_dataset) ``` 请注意,上述代码只是一个示例,你需要根据你的数据集和需求进行适当的调整和修改。此外,为了完整运行代码,你还需要实现`load_data()`函数来加载训练和测试数据集,并根据你的需求进行适当的预处理。
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