基于lab算法将黑白照片彩色化的评价模型代码

时间: 2024-06-09 07:10:43 浏览: 117
以下是一个基于 LAB 算法将黑白照片彩色化的评价模型的代码。该代码使用 PyTorch 框架实现。 ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim from torchvision import transforms from PIL import Image import numpy as np # 定义评价模型的网络结构 class ColorizationNet(nn.Module): def __init__(self): super(ColorizationNet, self).__init__() # 输入层 self.conv1 = nn.Conv2d(1, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu1 = nn.ReLU(inplace=True) # 下采样 self.conv2 = nn.Conv2d(64, 64, kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.relu2 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv3 = nn.Conv2d(64, 128, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu3 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv4 = nn.Conv2d(128, 128, kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.relu4 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv5 = nn.Conv2d(128, 256, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu5 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv6 = nn.Conv2d(256, 256, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu6 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv7 = nn.Conv2d(256, 256, kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.relu7 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv8 = nn.Conv2d(256, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu8 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv9 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu9 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv10 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=2, padding=1) self.relu10 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv11 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu11 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv12 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu12 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv13 = nn.Conv2d(512, 512, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu13 = nn.ReLU(inplace=True) # 反卷积层 self.conv14 = nn.ConvTranspose2d(512, 256, kernel_size=4, stride=2, padding=1) self.relu14 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv15 = nn.Conv2d(256, 256, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu15 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv16 = nn.Conv2d(256, 256, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu16 = nn.ReLU(inplace=True) # 上采样 self.conv17 = nn.ConvTranspose2d(256, 128, kernel_size=4, stride=2, padding=1) self.relu17 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv18 = nn.Conv2d(128, 128, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu18 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv19 = nn.ConvTranspose2d(128, 64, kernel_size=4, stride=2, padding=1) self.relu19 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv20 = nn.Conv2d(64, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1) self.relu20 = nn.ReLU(inplace=True) self.conv21 = nn.Conv2d(64, 2, kernel_size=3, stride=1, padding=1) def forward(self, gray): # 编码器 x1 = self.conv1(gray) x2 = self.relu1(x1) x3 = self.conv2(x2) x4 = self.relu2(x3) x5 = self.conv3(x4) x6 = self.relu3(x5) x7 = self.conv4(x6) x8 = self.relu4(x7) x9 = self.conv5(x8) x10 = self.relu5(x9) x11 = self.conv6(x10) x12 = self.relu6(x11) x13 = self.conv7(x12) x14 = self.relu7(x13) x15 = self.conv8(x14) x16 = self.relu8(x15) x17 = self.conv9(x16) x18 = self.relu9(x17) x19 = self.conv10(x18) x20 = self.relu10(x19) x21 = self.conv11(x20) x22 = self.relu11(x21) x23 = self.conv12(x22) x24 = self.relu12(x23) x25 = self.conv13(x24) x26 = self.relu13(x25) # 解码器 x27 = self.conv14(x26) x28 = self.relu14(x27) x29 = self.conv15(x28) x30 = self.relu15(x29) x31 = self.conv16(x30) x32 = self.relu16(x31) x33 = self.conv17(x32) x34 = self.relu17(x33) x35 = self.conv18(x34) x36 = self.relu18(x35) x37 = self.conv19(x36) x38 = self.relu19(x37) x39 = self.conv20(x38) x40 = self.relu20(x39) x41 = self.conv21(x40) return x41 # 定义评价模型 class ColorizationModel: def __init__(self, model_path): self.net = ColorizationNet() self.net.load_state_dict(torch.load(model_path)) self.net.eval() # 定义预处理函数 self.preprocess = transforms.Compose([ transforms.Resize(256), transforms.CenterCrop(256), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize(mean=[0.5], std=[0.5]) ]) def evaluate(self, gray_path, color_path): # 加载图片 gray_img = Image.open(gray_path).convert('L') color_img = Image.open(color_path).convert('RGB') # 预处理 gray_tensor = self.preprocess(gray_img) color_tensor = self.preprocess(color_img) # 扩展维度 gray_tensor = gray_tensor.unsqueeze(0) color_tensor = color_tensor.unsqueeze(0) # 生成彩色图片 with torch.no_grad(): pred = self.net(gray_tensor) pred = torch.tanh(pred) pred = pred / 2 + 0.5 pred = pred.squeeze(0).permute(1, 2, 0).numpy() # 计算 PSNR 和 SSIM pred = pred * 255 pred = pred.astype(np.uint8) color_img = np.array(color_img) psnr = self.calculate_psnr(pred, color_img) ssim = self.calculate_ssim(pred, color_img) return psnr, ssim # 计算 PSNR def calculate_psnr(self, img1, img2): mse = np.mean((img1 - img2) ** 2) if mse == 0: return float('inf') max_pixel = 255.0 psnr = 20 * np.log10(max_pixel / np.sqrt(mse)) return psnr # 计算 SSIM def calculate_ssim(self, img1, img2): C1 = (0.01 * 255) ** 2 C2 = (0.03 * 255) ** 2 img1 = img1.astype(np.float64) img2 = img2.astype(np.float64) kernel = cv2.getGaussianKernel(11, 1.5) window = np.outer(kernel, kernel.transpose()) mu1 = cv2.filter2D(img1, -1, window)[5:-5, 5:-5] mu2 = cv2.filter2D(img2, -1, window)[5:-5, 5:-5] mu1_sq = mu1 ** 2 mu2_sq = mu2 ** 2 mu1_mu2 = mu1 * mu2 sigma1_sq = cv2.filter2D(img1 ** 2, -1, window)[5:-5, 5:-5] - mu1_sq sigma2_sq = cv2.filter2D(img2 ** 2, -1, window)[5:-5, 5:-5] - mu2_sq sigma12 = cv2.filter2D(img1 * img2, -1, window)[5:-5, 5:-5] - mu1_mu2 ssim_map = ((2 * mu1_mu2 + C1) * (2 * sigma12 + C2)) / ((mu1_sq + mu2_sq + C1) * (sigma1_sq + sigma2_sq + C2)) return ssim_map.mean() ``` 代码中的 `ColorizationNet` 定义了彩色化网络的结构,包括编码器和解码器。`ColorizationModel` 定义了评价模型,包括加载网络模型和计算 PSNR 和 SSIM 的方法。其中 `calculate_psnr` 和 `calculate_ssim` 方法分别实现了计算 PSNR 和 SSIM 的算法。在 `evaluate` 方法中,我们首先加载灰度图和彩色图,并对其进行预处理。然后使用网络对灰度图进行彩色化,并计算生成的彩色图与原图的 PSNR 和 SSIM。最后返回这两个评价指标的值。
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