本文主要是介绍【文末送书】火遍全网的AI给老照片上色,这里有一份详细教程!,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
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深度学习最令人兴奋的应用之一是智能照片美化,例如为黑白图像着色、破损图片修复以及去模糊等。
以黑白图像着色为例,通过将 AI 与照片着色相结合,即使不会使用Photoshop 等图片编辑工具,为黑白照片着色也可以一键完成。
这具体是如何实现的?下面就来告诉你!
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颜色空间
当我们加载图像时,会得到一个3维(高度、宽度、颜色通道)数组,其中颜色通道的数据代表 RGB 颜色空间中的颜色,每个像素都有 3 个数字,表示该像素的红色、绿色和蓝色值。
在图1中,最左侧为原始图像,右边分别为红色、绿色和蓝色通道。为图片着色时,根据给定的黑白图片,需要判断每个位置的像素的RGB值分别是多少,颜色取值范围是0~255,即每个像素都存在一个256³ 的预测问题。
图1
CIE1976L*a*b*颜色空间,是1976年由国际照明学会(CIE)推荐的均匀色空间。该空间是三维直角坐标系统,以明度L*和色度坐标a*、b*来表示颜色在色空间中的位置。L*表示颜色的明度,此通道显示为黑白图像;a*正值表示偏红,负值表示偏绿;b*正值表示偏黄,负值表示偏蓝。图2表示L*a*b*颜色空间的每个通道。
图2
使用L*a*b*颜色空间为照片着色,为着色模型输入L* 通道,输出其他两个通道(a*,b*)的预测,其选择大约有 65000 个,远小于RGB颜色空间,因此我们可以选择使用L*a*b*颜色空间的数据作为照片着色模型的训练数据。
2
生成对抗网络
GAN(Generative Adversarial Networks,生成对抗网络)是生成模型的一种。
GAN网络结构中包含两个模型:“生成器”模型和“判别器”模型,“生成器”用来生成数据,“判别器”对数据的真伪进行判别。
在GAN模型训练时,如果把“生成器”看成是一个伪造名画的画家,那么“判别器”就是一个名画鉴别家。
初始阶段“生成器”技艺拙劣,伪造的名画非常轻易的被“判别器”识别为假画。“生成器”根据判别依据对自身造假能力进行提升。经过一段时间的“修炼”,“生成器”再次把伪造的名画交给“判别器”,“判别器”无法辨别真伪,于是学习更复杂的辨别技能,直到可以识别出伪造的名画。
接下来,“生成器”和“判别器”重复以上过程,进行新一轮学习。
"生成器"和“判别器”就是在一种对抗的状态中相互博弈、学习、成长,直到在规定条件下“判别器”无法判别“生成器”生成数据的真伪。
使用GAN实现照片着色,模型结构如图3所示。
图3
使用来自 COCO数据集的 8,000 张图像进行训练,每轮训练时长约4分钟左右,经过100轮后,生成效果如图4所示。
图4
模型对图像中一些最常见的物体能够完成基本着色,例如天空、树木等,但无法为稀有物体着色。同时,还存在一些颜色溢出和圆形颜色块,着色效果不理想。
因此,需要改变我们的策略!
3
自注意力生成对抗网络
在介绍新的解决方案之前先来区分两个概念:着色和恢复。
着色严格来说是将照片从单色变为可信的颜色,着色是一个“不受约束”的问题,很多东西(例如衣服)没有一种准确的颜色。因此着色是一个艺术创作的过程,神经网络对此很难做到令人满意。
恢复是替换图片中的丢失和损失,使图片变得完整如新。恢复中解决褪色问题在没有原始参照物的情况下,等同于着色,都是不受约束的艺术创作。
综上所述,在评估着色和恢复效果时,如果人们看到生成的图片时无法觉察出图片被处理过,并且能从中感到愉悦,则认为着色和恢复工作完成。
那么新的着色策略是什么呢?
“生成器”采用与U-Net结构类似的U形神经网络,如图5所示。
图5
为此“生成器”输入灰度图,左侧提取图像特征对内容进行识别,右侧根据内容识别结果还原并对结果进行着色。
“判别器”使用Critic卷积神经网络,它在输出层是卷积而不是线性层,它很大(宽),但很简单。它输入图像,输出一个分数值,表示真实度。
新的解决方案中最重要的就是Self-Attention GAN(自注意力生成对抗网络)的应用,把注意力机制放到“生成器”和“判别器”中。
使用基础GAN生成图像的细节把控不好,原因主要是使用卷积神经网络的图像生成,基本上都是依据局部感受野,以局部感受为主,缺少全局或其他信息,因此只在低分辨率中以点状的形式生成高分辨率细节。
如图6所示,对于花朵的着色存在不均匀的问题,其他地方也出现了错误的颜色。
图6
自注意力机制在模拟远程依赖性的能力、计算效率和统计效率之间展现出更好的平衡。自注意力机制将所有位置处的特征的加权和作为该位置的响应,其中权重 (或注意向量 ) 仅以较小的计算成本来计算。
Self-Attention GAN将Self-Attention机制引入卷积GAN,可以很好的处理长范围、多层次的依赖,生成图像时很好地协调每一个位置的细节和远端的细节,“判别器”还可以更准确地对全局图像结构实施复杂的几何约束。
以下是一些生成案例。
1)奥黛丽·赫本
图7
2)冬季马路上骑车的人
图8
3)花
图9
4)草地上的小狗
图-10
5)中国江南水乡
图11
虽然有的生成图片中还存在一些异常,例如奥黛丽·赫本的耳朵后面皮肤颜色,但是整体效果已经非常不错,注意力层在颜色的一致性和总体质量上的表现有很大的惊喜。
除了自动着色,图像超分辨率、去模糊等也是 GAN 的重要关注领域。
图像超分辨率可以通过上采样从低分辨率图像生成高分辨率图像,图像去模糊中“生成器”用于生成清晰图像,以下是部分基于GAN的去模糊案例。
图12
图13
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