目录
1.SRCNN介绍
训练过程
损失函数
个人对SRCNN训练过程的理解
2.实验常见问题和部分解读
1. torch.utils.data.dataloader中DataLoader函数的用法
2.SRCNN图像颜色空间转换原因以及方法？
3. model.parameters()与model.state_dict()的区别
4. .item（）函数的用法？
5.最后的测试过程步骤？
6.argparse的使用以及定义
7.unsqueeze与squeeze的使用
1.unsqueeze用法：在数组原来维度索引i之间增加一个维度
2.Squeeze用法：挤压掉tensor数据中维度特征数为1的维度
8.对Python之if __name__ == ‘__main__‘的理解。
9.自定义数据集步骤？
3.Code部分解读
model.py
dataset.py
prepare.py(制作自定义的训练和验证的h5格式的数据集)
train.py（训练SRCNN模型，得到最优参数）
utils.py(工具包)
test.py
4.实验结果展示
1.SRCNN介绍
超分辨率，就是把低分辨率(LR, Low Resolution)图片放大为高分辨率(HR, High Resolution)的过程。
图像特征提取层：通过CNN将图像Y 的特征提取出来存到向量中。用一层的CNN以及ReLU去将图像Y 变成一堆堆向量，即feature map。
非线性映射层：把提取到的特征进一步做非线性映射，加大网络深度，提高网络复杂性。
重建层：结合了前面得到的补丁来产生最终的高分辨率图像。
实验步骤
- 输入LR图像X，经双三次(bicubic)插值，被放大成目标尺寸（如放大至2倍、3倍、4倍），得到Y ，即低分辨率图像(Low-resolution image)
- 通过三层卷积网络拟合非线性映射
- 输出HR图像结果F ( Y )
注解：
- Y：输入图像经过预处理(双三次插值)得到的图像，我们仍将Y 当作是低分辨率图像，但它的size要比输入图像要大。
- F ( Y ) ：网络最后输出的图像，我们的目标就是通过优化F(Y)和Ground-Truth之间的loss来学会这个函数F (⋅) 。
- X：高分辨率图像，即Ground-Truth，它和Y的size是相同的。
- 图像被转化为 YCbCr 色彩空间，尽管该网络只使用亮度通道(Y)。然后，网络的输出合并已插值的 CbCr 通道，输出最终彩色图像。我们选择这一步骤是因为我们感兴趣的不是颜色变化(存储在 CbCr 通道中的信息)而只是其亮度(Y 通道);根本原因在于相较于色差，人类视觉对亮度变化更为敏感。
训练过程
图片引用：超分辨 ：SRCNN_超分辨 srcnn_今晚打佬虎的博客-CSDN博客
1.降低分辨率：
2.切割图片，补丁之间有重复
3.训练模型，学习低分辨率→ to→高分辨率的映射关系
损失函数
损失哈数：MES（均方误差），选择MSE作为损失函数的一个重要原因是MSE的格式和我们图像失真评价指标PSNR很像
F(Y;θ)：得到的超分辨率图像 X：原高分辨率图像
激活函数：Relu
PSRN：峰值信噪比，是一种评价图像的客观标准，它具有局限性，一般是用于最大值信号和背景噪音之间的一个工程项目。
MSE与PSNR公式对比：
这里的MSE是原图像（语音）与处理图像（语音）之间均方误差。
SSIM（另外一种衡量结果的参数）
个人对SRCNN训练过程的理解
1.构建训练集，含有低分辨率图像和高分辨图像，其中图像需要将其从RGB图像转为YCBCR图像，并且对图像进行分割为小块进行存储，高分辨率图像为未下采样前的图像，低分辨率图像为下采样，上采样后的图像。
2.构建SRCNN模型，即三层卷积模型，设置MES为损失函数，因为MES与评价图像客观指标PSNR计算相似，即最大化PSNR。设置其余常见的神经网络参数（学习率，Batch_size，num-epochs等）。
3.训练模型SRCNN，即学习低分辨率图像到高分辨率图像的映射关系。根据不同参数的不同PSRN值，保留最大PSNR值对应的模型参数。
2.实验常见问题和部分解读
1. torch.utils.data.dataloader中DataLoader函数的用法
通过查阅资料，翻阅代码实例得到DataLoader（）函数参数意义如下：
1.dataset (Dataset) ：决定数据从哪读取或者从何读取；
2. batch_size (python:int, optional) ： 每次处理的数据集大小(默认为１）
3. shuffle (bool, optional) ：每一个 epoch是否为乱序 (default: False)；
4. num_workers (python:int, optional) ： 多少个进程读取数据（默认为０);
5. pin_memory（bool, optional) ： 如果为True会将数据放置到GPU上去（默认为false）
6. drop_last (bool, optional) ：当样本数不能被batchsize整除时，最后一批数据是否舍弃（default: False)
Eg：shuffle（bool，optional）表示传入的参数类型为bool类型，并且该参数shuffle是可选参数。
2.SRCNN图像颜色空间转换原因以及方法？
选择YCbCr的原因：因为我们感兴趣的不是颜色变化(存储在 CbCr 通道中的信息)而只是其亮度(Y 通道);根本原因在于相较于色差，人类视觉对亮度变化更为敏感。
Y only和YCbCr区别：
①Y only：基线方法，是一个单通道网络（c=1），只在亮度上进行了训练。对Cb、Cr通道采用双三次插值进行了扩展。②YCbCr：在YCbCr空间的三个通道上进行训练
代码中三个转换函数：
1. convert_rgb_to_y(img)
2. convert_rgb_to_ycbcr(img)
3. convert_ycbcr_to_rgb(img)
YCBCR：Y表示颜色的明亮度和浓度，也可叫灰度阶。（通过RGB转换YCBCR提取Y分量也可以得到灰度图像）
Cb：表示颜色的蓝色浓度偏移量即RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。
Cr：表示颜色的红色浓度偏移量即RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。
转换公式：
1、RGB转YCBCR
Y=0.257*R+0.564*G+0.098*B+16
Cb=-0.148*R-0.291*G+0.439*B+12
Cr=0.439*R-0.368*G-0.071*B+128
2、YCBCR转RGB
R=1.164*(Y-16)+1.596*(Cr-128)
G=1.164*(Y-16)-0.392*(Cb-128)-0.813*(Cr-128)
B=1.164*(Y-16)+2.017*(Cb-128)
3. model.parameters()与model.state_dict()的区别
区别：model.parameters()方法返回的是一个生成器generator，每一个元素是从开头到结尾的参数，parameters没有对应的key名称，是一个由纯参数组成的generator，而state_dict是一个字典，包含了一个key。
4. .item（）函数的用法？
t.item()将Tensor变量转换为python标量（int float等），其中t是一个Tensor变量，只能是标量，转换后dtype与Tensor的dtype一致。
5.最后的测试过程步骤？
1.设置参数（训练好的权重，图片，放大倍数）
2.创建SRCNN模型，给模型赋值最优参数
3.对图像进行插值得到低分辨率图像
4.对Lr低分辨率图像的y颜色空间进行训练
5.计算PSNR值并输出
6.将转换为图像并进行输出
6.argparse的使用以及定义
argparse 模块是 Python 内置的用于命令项选项与参数解析的模块，argparse 模块可以让人轻松编写用户友好的命令行接口，能够帮助程序员为模型定义参数。
定义步骤
- 导入argparse包 ——import argparse
- 创建一个命令行解析器对象 ——创建 ArgumentParser() 对象
- 给解析器添加命令行参数 ——调用add_argument() 方法添加参数
- 解析命令行的参数 ——使用 parse_args() 解析添加的参数
7.unsqueeze与squeeze的使用
1.unsqueeze用法：在数组原来维度索引i之间增加一个维度
x = t.Tensor([[3, 4], [2, 7], [6, 9]]) # 3*2y1 = x.unsqueeze(0) # 1*3*2print(y1.size())y2 = x.unsqueeze(1) # 3*1*2print(y2.size())y3 = x.unsqueeze(2) # 3*2*1print(y3.size())2.Squeeze用法：挤压掉tensor数据中维度特征数为1的维度
x = t.ones(1,1,2,3,1)y1 = x.squeeze(0) # 1*2*3*1print(y1.size())y2 = x.squeeze(1) # 1*2*3*1print(y2.size())y3 = x.squeeze() # 2*3print(y3.size())8.对Python之if __name__ == ‘__main__‘的理解。
该代码片段只在运行脚本时执行，在import到其他脚本中不会执行，把文件当做脚本直接执行的时候这个时候__name__的值是:main,而被其它文件引用的时候就是文件本身的名字。
9.自定义数据集步骤？
训练数据集可手动生成，设放大倍数为scale，考虑到原始数据未必会被scale整除，所以要重新规划一下图像尺寸，通过双三次插值设置图像大小，然后将其保存为h5文件进行保存，训练数据集的生成分为三步：
- 读取图像文件夹所在目录
- 将所有图像转为RGB图像
- 将原始图像通过双三次插值重设尺寸，使之可被scale整除，作为高分辨图像数据HR
- 将HR通过双三次插值压缩scale倍，为低分辨图像的原始数据
- 将低分辨图像通过双三次插值放大scale倍，与HR图像维度相等，作为低分辨图像数据LR
- 将低分辨率图像，高分辨率图像转为YCBCR图像，对y通道进行训练。
- 提取高分辨率，低分辨率图像补丁，用来训练低分辨率图像刀高分辨率图像之间的映射关系。
最后，可通过h5py将训练数据分块并打包，同理可以按照上述操作生成测试集文件。
3.Code部分解读
model.py
from torch import nnclass SRCNN(nn.Module):#搭建SRCNN 3层卷积模型，Conve2d（输入层数，输出层数，卷积核大小，步长，填充层）def __init__(self, num_channels=1):super(SRCNN, self).__init__()self.conv1 = nn.Conv2d(num_channels, 64, kernel_size=9, padding=9 // 2)self.conv2 = nn.Conv2d(64, 32, kernel_size=5, padding=5 // 2)self.conv3 = nn.Conv2d(32, num_channels, kernel_size=5, padding=5 // 2)self.relu = nn.ReLU(inplace=True)def forward(self, x):x = self.relu(self.conv1(x))x = self.relu(self.conv2(x))x = self.conv3(x)return xdataset.py
h5py文件格式
import h5py # 一个h5py文件是 “dataset” 和 “group” 二合一的容器。import numpy as npfrom torch.utils.data import Dataset'''为这些数据创建一个读取类，以便torch中的DataLoader调用，而DataLoader中的内容则是Dataset，所以新建的读取类需要继承Dataset，并实现其__getitem__和__len__这两个成员方法。'''class TrainDataset(Dataset):# 构建训练数据集，通过np.expand_dims将h5文件中的lr（低分辨率图像）和hr（高分辨率图像）组合为训练集def __init__(self, h5_file):super(TrainDataset, self).__init__()self.h5_file = h5_filedef __getitem__(self, idx): #通过np.expand_dims方法得到组合的新数据with h5py.File(self.h5_file, 'r') as f:return np.expand_dims(f['lr'][idx] / 255., 0), np.expand_dims(f['hr'][idx] / 255., 0)def __len__(self): #得到数据大小with h5py.File(self.h5_file, 'r') as f:return len(f['lr'])# 与TrainDataset类似class EvalDataset(Dataset):# 构建测试数据集，通过np.expand_dims将h5文件中的lr（低分辨率图像）和hr（高分辨率图像）组合为验证集def __init__(self, h5_file):super(EvalDataset, self).__init__()self.h5_file = h5_filedef __getitem__(self, idx):with h5py.File(self.h5_file, 'r') as f:return np.expand_dims(f['lr'][str(idx)][:, :] / 255., 0), np.expand_dims(f['hr'][str(idx)][:, :] / 255., 0)def __len__(self):with h5py.File(self.h5_file, 'r') as f:return len(f['lr'])prepare.py(制作自定义的训练和验证的h5格式的数据集)
import argparseimport globimport h5pyimport numpy as npimport PIL.Image as pil_imagefrom utils import convert_rgb_to_y'''训练数据集可手动生成，设放大倍数为scale，考虑到原始数据未必会被scale整除，所以要重新规划一下图像尺寸，所以训练数据集的生成分为三步：1.将原始图像通过双三次插值重设尺寸，使之可被scale整除，作为高分辨图像数据HR2.将HR通过双三次插值压缩scale倍，为低分辨图像的原始数据3.将低分辨图像通过双三次插值放大scale倍，与HR图像维度相等，作为低分辨图像数据LR最后，可通过h5py将训练数据分块并打包'''# 生成训练集def train(args):"""def是python的关键字，用来定义函数。这里通过def定义名为train的函数，函数的参数为args,args这个参数通过外部命令行传入output的路径，通过h5py.File()方法的w模式--创建文件自己自写，已经存在的文件会被覆盖，文件的路径是通过args.output_path来传入"""h5_file = h5py.File(args.output_path, 'w')##用于存储低分辨率和高分辨率的patchlr_patches = []hr_patches = []for image_path in sorted(glob.glob('{}/*'.format(args.images_dir))):'''这部分代码的目的就是搜索指定文件夹下的文件并排序,for这一句包含了几个知识点：1.{}.format():-->格式化输出函数,从args.images_dir路径中格式化输出路径2.glob.glob():-->返回所有匹配的文件路径列表,将1得到的路径中的所有文件返回3.sorted():-->排序，将2得到的所有文件按照某种顺序返回，，默认是升序4.for x in *: -->循换输出'''#将照片转换为RGB通道hr = pil_image.open(image_path).convert('RGB')'''1.*.open(): 是PIL图像库的函数，用来从image_path中加载图像2.*.convert(): 是PIL图像库的函数, 用来转换图像的模式'''#取放大倍数的倍数, width, height为可被scale整除的训练数据尺寸hr_width = (hr.width // args.scale) * args.scalehr_height = (hr.height // args.scale) * args.scale#图像大小调整,得到高分辨率图像Hrhr = hr.resize((hr_width, hr_height), resample=pil_image.BICUBIC)#低分辨率图像缩小lr = hr.resize((hr_width // args.scale, hr_height // args.scale), resample=pil_image.BICUBIC)#低分辨率图像放大，得到低分辨率图像Lrlr = lr.resize((lr.width * args.scale, lr.height * args.scale), resample=pil_image.BICUBIC)#转换为浮点并取ycrcb中的y通道hr = np.array(hr).astype(np.float32)lr = np.array(lr).astype(np.float32)hr = convert_rgb_to_y(hr)lr = convert_rgb_to_y(lr)'''np.array():将列表list或元组tuple转换为ndarray数组astype():转换数组的数据类型convert_rgb_to_y():将图像从RGB格式转换为Y通道格式的图片假设原始输入图像为(321,481,3)-->依次为高，宽，通道数1.先把图像转为可放缩的scale大小的图片,之后hr的图像尺寸为(320,480,3)2.对hr图像进行双三次上采样放大操作3.将hr//scale进行双三次上采样放大操作之后×scale得到lr4.接着进行通道数转换和类型转换'''# 将数据分割for i in range(0, lr.shape[0] - args.patch_size + 1, args.stride):for j in range(0, lr.shape[1] - args.patch_size + 1, args.stride):'''图像的shape是宽度、高度和通道数,shape[0]是指图像的高度=320;shape[1]是图像的宽度=480; shape[2]是指图像的通道数'''lr_patches.append(lr[i:i + args.patch_size, j:j + args.patch_size])hr_patches.append(hr[i:i + args.patch_size, j:j + args.patch_size])lr_patches = np.array(lr_patches)hr_patches = np.array(hr_patches)#创建数据集,把得到的数据转化为数组类型h5_file.create_dataset('lr', data=lr_patches)h5_file.create_dataset('hr', data=hr_patches)h5_file.close()#下同,生成测试集def eval(args):h5_file = h5py.File(args.output_path, 'w')lr_group = h5_file.create_group('lr')hr_group = h5_file.create_group('hr')for i, image_path in enumerate(sorted(glob.glob('{}/*'.format(args.images_dir)))):hr = pil_image.open(image_path).convert('RGB')hr_width = (hr.width // args.scale) * args.scalehr_height = (hr.height // args.scale) * args.scalehr = hr.resize((hr_width, hr_height), resample=pil_image.BICUBIC)lr = hr.resize((hr_width // args.scale, hr_height // args.scale), resample=pil_image.BICUBIC)lr = lr.resize((lr.width * args.scale, lr.height * args.scale), resample=pil_image.BICUBIC)hr = np.array(hr).astype(np.float32)lr = np.array(lr).astype(np.float32)hr = convert_rgb_to_y(hr)lr = convert_rgb_to_y(lr)lr_group.create_dataset(str(i), data=lr)hr_group.create_dataset(str(i), data=hr)h5_file.close()if __name__ == '__main__':parser = argparse.ArgumentParser()parser.add_argument('--images-dir', type=str, required=True)parser.add_argument('--output-path', type=str, required=True)parser.add_argument('--patch-size', type=int, default=32)parser.add_argument('--stride', type=int, default=14)parser.add_argument('--scale', type=int, default=4)parser.add_argument('--eval', action='store_true')#store_flase就是存储一个bool值true，也就是说在该参数在被激活时它会输出store存储的值true。args = parser.parse_args()#决定使用哪个函数来生成h5文件，因为有俩个不同的函数train和eval生成对应的h5文件。if not args.eval:train(args)else:eval(args)train.py（训练SRCNN模型，得到最优参数）
import argparseimport osimport copyimport numpy as npfrom torch import Tensorimport torchfrom torch import nnimport torch.optim as optim# gpu加速库import torch.backends.cudnn as cudnnfrom torch.utils.data.dataloader import DataLoader# 进度条from tqdm import tqdmfrom models import SRCNNfrom datasets import TrainDataset, EvalDatasetfrom utils import AverageMeter, calc_psnr##需要修改的参数# epoch.pth# losslog# psnrlog# best.pth'''python train.py --train-file "path_to_train_file" \--eval-file "path_to_eval_file" \--outputs-dir "path_to_outputs_file" \--scale 3 \--lr 1e-4 \--batch-size 16 \--num-epochs 400 \--num-workers 0 \--seed 123'''if __name__ == '__main__':# 初始参数设定parser = argparse.ArgumentParser() # argparse是python用于解析命令行参数和选项的标准模块parser.add_argument('--train-file', type=str, required=True,)# 训练 h5文件目录parser.add_argument('--eval-file', type=str, required=True)# 测试 h5文件目录parser.add_argument('--outputs-dir', type=str, required=True) #模型 .pth保存目录parser.add_argument('--scale', type=int, default=3)# 放大倍数parser.add_argument('--lr', type=float, default=1e-4) #学习率parser.add_argument('--batch-size', type=int, default=16) # 一次处理的图片大小parser.add_argument('--num-workers', type=int, default=0)# 线程数parser.add_argument('--num-epochs', type=int, default=400)#训练次数parser.add_argument('--seed', type=int, default=123) # 随机种子args = parser.parse_args()# 输出放入固定文件夹里args.outputs_dir = os.path.join(args.outputs_dir, 'x{}'.format(args.scale))# 没有该文件夹就新建一个文件夹if not os.path.exists(args.outputs_dir):os.makedirs(args.outputs_dir)# benckmark模式，加速计算，但寻找最优配置，计算的前馈结果会有差异cudnn.benchmark = True# gpu或者cpu模式，取决于当前cpu是否可用device = torch.device('cuda:0' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')# 每次程序运行生成的随机数固定torch.manual_seed(args.seed)# 构建SRCNN模型，并且放到device上训练model = SRCNN().to(device)# 恢复训练，从之前结束的那个地方开始# model.load_state_dict(torch.load('outputs/x3/epoch_173.pth'))# 设置损失函数为MSEcriterion = nn.MSELoss()# 优化函数Adam，lr代表学习率，optimizer = optim.Adam([{'params': model.conv1.parameters()},{'params': model.conv2.parameters()},{'params': model.conv3.parameters(), 'lr': args.lr * 0.1}], lr=args.lr)# 预处理训练集train_dataset = TrainDataset(args.train_file)train_dataloader = DataLoader(# 数据dataset=train_dataset,# 分块batch_size=args.batch_size,# 数据集数据洗牌,打乱后取batchshuffle=True,# 工作进程，像是虚拟存储器中的页表机制num_workers=args.num_workers,# 锁页内存，不换出内存，生成的Tensor数据是属于内存中的锁页内存区pin_memory=True,# 不取余，丢弃不足batchSize大小的图像drop_last=True)# 预处理验证集eval_dataset = EvalDataset(args.eval_file)eval_dataloader = DataLoader(dataset=eval_dataset, batch_size=1)# 拷贝权重best_weights = copy.deepcopy(model.state_dict())best_epoch = 0best_psnr = 0.0# 画图用lossLog = []psnrLog = []# 恢复训练# for epoch in range(args.num_epochs):for epoch in range(1, args.num_epochs + 1):# for epoch in range(174, 400):# 模型训练入口model.train()# 变量更新，计算epoch平均损失epoch_losses = AverageMeter()# 进度条，就是不要不足batchsize的部分with tqdm(total=(len(train_dataset) - len(train_dataset) % args.batch_size)) as t:# t.set_description('epoch:{}/{}'.format(epoch, args.num_epochs - 1))t.set_description('epoch:{}/{}'.format(epoch, args.num_epochs))# 每个batch计算一次for data in train_dataloader:# 对应datastes.py中的__getItem__，分别为lr,hr图像inputs, labels = datainputs = inputs.to(device)labels = labels.to(device)# 送入模型训练preds = model(inputs)# 获得损失loss = criterion(preds, labels)# 显示损失值与长度epoch_losses.update(loss.item(), len(inputs))# 梯度清零optimizer.zero_grad()# 反向传播loss.backward()# 更新参数optimizer.step()# 进度条更新t.set_postfix(loss='{:.6f}'.format(epoch_losses.avg))t.update(len(inputs))# 记录lossLog 方面画图lossLog.append(np.array(epoch_losses.avg))# 可以在前面加上路径np.savetxt("lossLog.txt", lossLog)# 保存模型torch.save(model.state_dict(), os.path.join(args.outputs_dir, 'epoch_{}.pth'.format(epoch)))# 是否更新当前最好参数model.eval()epoch_psnr = AverageMeter()for data in eval_dataloader:inputs, labels = datainputs = inputs.to(device)labels = labels.to(device)# 验证不用求导with torch.no_grad():preds = model(inputs).clamp(0.0, 1.0)epoch_psnr.update(calc_psnr(preds, labels), len(inputs))print('eval psnr: {:.2f}'.format(epoch_psnr.avg))# 记录psnrpsnrLog.append(Tensor.cpu(epoch_psnr.avg))np.savetxt('psnrLog.txt', psnrLog)# 找到更好的权重参数，更新if epoch_psnr.avg > best_psnr:best_epoch = epochbest_psnr = epoch_psnr.avgbest_weights = copy.deepcopy(model.state_dict())print('best epoch: {}, psnr: {:.2f}'.format(best_epoch, best_psnr))torch.save(best_weights, os.path.join(args.outputs_dir, 'best.pth'))print('best epoch: {}, psnr: {:.2f}'.format(best_epoch, best_psnr))torch.save(best_weights, os.path.join(args.outputs_dir, 'best.pth'))utils.py(工具包)
import torchimport numpy as np""" 只操作y通道 因为我们感兴趣的不是颜色变化(存储在 CbCr 通道中的信息)而只是其亮度(Y 通道); 根本原因在于相较于色差，人类视觉对亮度变化更为敏感。"""def convert_rgb_to_y(img):if type(img) == np.ndarray:return 16. + (64.738 * img[:, :, 0] + 129.057 * img[:, :, 1] + 25.064 * img[:, :, 2]) / 256.elif type(img) == torch.Tensor:if len(img.shape) == 4:img = img.squeeze(0)return 16. + (64.738 * img[0, :, :] + 129.057 * img[1, :, :] + 25.064 * img[2, :, :]) / 256.else:raise Exception('Unknown Type', type(img))"""RGB转YCBCRY=0.257*R+0.564*G+0.098*B+16Cb=-0.148*R-0.291*G+0.439*B+128Cr=0.439*R-0.368*G-0.071*B+128"""def convert_rgb_to_ycbcr(img):if type(img) == np.ndarray:y = 16. + (64.738 * img[:, :, 0] + 129.057 * img[:, :, 1] + 25.064 * img[:, :, 2]) / 256.cb = 128. + (-37.945 * img[:, :, 0] - 74.494 * img[:, :, 1] + 112.439 * img[:, :, 2]) / 256.cr = 128. + (112.439 * img[:, :, 0] - 94.154 * img[:, :, 1] - 18.285 * img[:, :, 2]) / 256.return np.array([y, cb, cr]).transpose([1, 2, 0])elif type(img) == torch.Tensor:if len(img.shape) == 4:img = img.squeeze(0)y = 16. + (64.738 * img[0, :, :] + 129.057 * img[1, :, :] + 25.064 * img[2, :, :]) / 256.cb = 128. + (-37.945 * img[0, :, :] - 74.494 * img[1, :, :] + 112.439 * img[2, :, :]) / 256.cr = 128. + (112.439 * img[0, :, :] - 94.154 * img[1, :, :] - 18.285 * img[2, :, :]) / 256.return torch.cat([y, cb, cr], 0).permute(1, 2, 0)else:raise Exception('Unknown Type', type(img))"""YCBCR转RGBR=1.164*(Y-16)+1.596*(Cr-128)G=1.164*(Y-16)-0.392*(Cb-128)-0.813*(Cr-128)B=1.164*(Y-16)+2.017*(Cb-128)"""def convert_ycbcr_to_rgb(img):if type(img) == np.ndarray:r = 298.082 * img[:, :, 0] / 256. + 408.583 * img[:, :, 2] / 256. - 222.921g = 298.082 * img[:, :, 0] / 256. - 100.291 * img[:, :, 1] / 256. - 208.120 * img[:, :, 2] / 256. + 135.576b = 298.082 * img[:, :, 0] / 256. + 516.412 * img[:, :, 1] / 256. - 276.836return np.array([r, g, b]).transpose([1, 2, 0])elif type(img) == torch.Tensor:if len(img.shape) == 4:img = img.squeeze(0)r = 298.082 * img[0, :, :] / 256. + 408.583 * img[2, :, :] / 256. - 222.921g = 298.082 * img[0, :, :] / 256. - 100.291 * img[1, :, :] / 256. - 208.120 * img[2, :, :] / 256. + 135.576b = 298.082 * img[0, :, :] / 256. + 516.412 * img[1, :, :] / 256. - 276.836return torch.cat([r, g, b], 0).permute(1, 2, 0)else:raise Exception('Unknown Type', type(img))# PSNR 计算def calc_psnr(img1, img2):return 10. * torch.log10(1. / torch.mean((img1 - img2) ** 2))# 计算 平均数，求和，长度class AverageMeter(object):def __init__(self):self.reset()def reset(self):self.val = 0self.avg = 0self.sum = 0self.count = 0def update(self, val, n=1):self.val = valself.sum += val * nself.count += nself.avg = self.sum / self.counttest.py
import argparseimport torchimport torch.backends.cudnn as cudnnimport numpy as npimport PIL.Image as pil_imagefrom models import SRCNNfrom utils import convert_rgb_to_ycbcr, convert_ycbcr_to_rgb, calc_psnrif __name__ == '__main__':# 设置权重参数目录，处理图像目录，放大倍数parser = argparse.ArgumentParser()parser.add_argument('--weights-file', default='outputs/x3/best.pth', type=str)parser.add_argument('--image-file', default='img/butterfly_GT.bmp', type=str)parser.add_argument('--scale', type=int, default=3)args = parser.parse_args()#Benchmark模式会提升计算速度cudnn.benchmark = Truedevice = torch.device('cuda:0' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')model = SRCNN().to(device) # 新建一个模型state_dict = model.state_dict()# 通过 model.state_dict()得到模型有哪些 parameters and persistent buffers# torch.load('tensors.pth', map_location=lambda storage, loc: storage)使用函数将所有张量加载到CPU（适用在GPU训练的模型在CPU上加载）for n, p in torch.load(args.weights_file, map_location=lambda storage, loc: storage).items(): # 载入最好的模型参数if n in state_dict.keys():state_dict[n].copy_(p)else:raise KeyError(n)model.eval() # 切换为测试模式 ，取消dropoutimage = pil_image.open(args.image_file).convert('RGB') # 将图片转为RGB类型# 经过一个插值操作，首先将原始图片重设尺寸，使之可以被放大倍数scale整除# 得到低分辨率图像Lr，即三次插值后的图像，同时保存输出image_width = (image.width // args.scale) * args.scaleimage_height = (image.height // args.scale) * args.scaleimage = image.resize((image_width, image_height), resample=pil_image.BICUBIC)image = image.resize((image.width // args.scale, image.height // args.scale), resample=pil_image.BICUBIC)image = image.resize((image.width * args.scale, image.height * args.scale), resample=pil_image.BICUBIC)image.save(args.image_file.replace('.', '_bicubic_x{}.'.format(args.scale)))# 将图像转化为数组类型，同时图像转为ycbcr类型image = np.array(image).astype(np.float32)ycbcr = convert_rgb_to_ycbcr(image)# 得到 ycbcr中的 y 通道y = ycbcr[..., 0]y /= 255.# 归一化处理y = torch.from_numpy(y).to(device) #把数组转换成张量，且二者共享内存，对张量进行修改比如重新赋值，那么原始数组也会相应发生改变，并且将参数放到device上y = y.unsqueeze(0).unsqueeze(0)# 增加两个维度# 令reqires_grad自动设为False，关闭自动求导# clamp将inputs归一化为0到1区间with torch.no_grad():preds = model(y).clamp(0.0, 1.0)psnr = calc_psnr(y, preds) # 计算y通道的psnr值print('PSNR: {:.2f}'.format(psnr))# 格式化输出PSNR值# 1.mul函数类似矩阵.*，即每个元素×255# 2. *.cpu（）.numpy（） 将数据的处理设备从其他设备（如gpu拿到cpu上），不会改变变量类型，转换后仍然是Tensor变量，同时将Tensor转化为ndarray# 3. *.squeeze(0).squeeze(0)数据的维度进行压缩preds = preds.mul(255.0).cpu().numpy().squeeze(0).squeeze(0)#得到的是经过模型处理，取值在[0,255]的y通道图像# 将img的数据格式由（channels,imagesize,imagesize）转化为（imagesize,imagesize,channels）,进行格式的转换后方可进行显示。output = np.array([preds, ycbcr[..., 1], ycbcr[..., 2]]).transpose([1, 2, 0])output = np.clip(convert_ycbcr_to_rgb(output), 0.0, 255.0).astype(np.uint8)# 将图像格式从ycbcr转为rgb，限制取值范围[0,255]，同时矩阵元素类型为uint8类型output = pil_image.fromarray(output) # array转换成image，即将矩阵转为图像output.save(args.image_file.replace('.', '_srcnn_x{}.'.format(args.scale)))# 对图像进行保存4.实验结果展示
original bicubic_x3 SRCNN_x3
SRCNN:PSNR: 27.61
originalbicubic_x3SRCNN_x3
SRCNN:PSNR: 29.17
GitHub项目地址传送门：SRCNN_Pytorch