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【6h】

基于生成对抗网络与注意力机制的人脸图像修复算法研究

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声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 基于结构的图像修复

1.2.2 基于纹理的图像修复

1.2.3 基于深度学习的图像修复

1.3 研究目标和主要内容

1.4 论文的组织结构

第2章 相关理论基础

2.1 编码解码模型的基本理论

2.1.1 算法概述

2.1.2 自动编码器模型

2.2 注意力机制的基本理论

2.2.1 基本思想

2.2.2 基本原理

2.3生成对抗网络的基本理论

2.3.1 原始生成对抗网络的基本理论

2.3.2 生成对抗网络的优化及衍生模型

2.3.3 条件生成对抗网络的基本理论

2.4 修复效果评价指标

2.4.1 主观评价

2.4.2 客观评价

2.5 小结

第3章 基于编码解码模型与卷积块注意力的人脸修复

3.1 上下文编码器

3.2 全局与局部一致的修复模型

3.3 模型改进

3.4 实验结果及分析

3.4.1 数据集

3.4.2 实验环境

3.4.3 模型改进前后的对比实验

3.5 小结

第4章 基于多通道注意力选择生成对抗网络的人脸修复

4.1 模型框架

4.1.1 图像生成子网

4.1.2 多通道注意力选择模型

4.1.3 损失函数

4.2 算法流程

4.3 实验结果及分析

4.3.1 数据集

4.3.2 实验环境

4.3.3 实验结果分析

4.4 小结

第5章 系统设计与实现

5.1 系统设计

5.1.1 功能需求分析

5.1.2 系统框架流程

5.2 界面展示

5.2.1 图像上传

5.2.2 图像修复

5.3 本章小节

结论

总结

展望

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间参加科研情况说明

致谢

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摘要

现代科技发展迅猛,人脸识别技术开始更多地渗透于人们的日常生活中。但人脸图像获取时约束条件较少,且容易受到现实中自然或人为因素的影响,比如光照、肢体或其他物品的遮挡,使得人脸识别技术的实际应用受到阻碍。因此,人脸图像重建工作对提高人脸识别性能十分重要。此外,图像修复在生活中同样具有实际应用价值,比如图像修复、图像编辑、图像去噪等。目前,传统的基于结构、纹理的图像修复算法存在图像结果模糊、全局与局部信息不一致、对于大面积缺损无法重建重要语义信息等弊端。针对以上问题,本文将生成对抗网络与注意力机制相结合,增强了神经网络的表现力,能够对大面积缺损的人脸图像实现更为合理,质量更高的修复工作。  本文的主要研究内容及创新成果包括:  (1)对基于上下文编码器的全局与局部一致的修复算法进行了改进。利用WGAN为生成网络提供有意义的梯度;且对损失函数及卷积层函数进行了细微修改,使得训练更加稳定。此外,为了提升卷积神经网络的表现力,在模型中引入了注意力机制,在卷积层后嵌入卷积块注意力模块,与卷积神经网络一起进行端到端的训练。本模型通过CelebA人脸数据集的对比实验证明,改进后的模型在一定程度上,提升了大面积缺损区域的修复效果。  (2)受到多通道注意力选择机制应用于风格迁移领域的启发,本文提出了生成对抗网络与多通道注意力选择机制联合优化的图像修复模型。利用生成子网对缺失区域提供语义与结构基本的合理预测,初步修复图像后,再将其输入到多通道注意力选择模型中进行二次修复,以生成内容更为合理清晰、自然真实,整体细粒度更高的图像信息。本模型利用Celeb-ID的人脸数据集,进行了对比实验。最后通过实验结果的定性、定量分析得出结论。对于定性分析,将多通道注意力选择生成对抗网络与DCGAN和CGAN这两个修复模型进行了视觉感观上的比较;对于定量分析,分别计算原始真值图像与各模型修复结果之间的峰值信噪比以及结构相似性指数来量化评价,进行比较分析。对比实验表明,无论是定性分析还是定量分析的结果都体现了生成对抗网络与多通道注意力选择相结合的修复模型在人脸图像修复任务上的优越性。修复结果更为逼真、合理、清晰,且对于人脸图像大面积缺损区域,依旧能够生成语义一致、结构相似、细粒度高的图像信息。

著录项

  • 作者

    曾乐;

  • 作者单位

    湖南大学;

  • 授予单位 湖南大学;
  • 学科 软件工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 朱宁波,叶柏龙;
  • 年度 2020
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 chi
  • 中图分类
  • 关键词

    人脸图像重建,生成对抗网络,注意力机制;

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