基于卷積神經網絡的風格遷移網站設計

林連坤 謝澤毅

【摘要】? ? 為了讓用戶能夠方便的制作和處理含有藝術風格的圖像，本文使用基于卷積神經網絡的快速風格遷移，和基于 JavaEE 搭建了一個線上的圖像風格遷移網站。網站采用MVC的架構模式設計，前端為 Bootstrap + Layui 框架，后端為 SSM 框架。

【關鍵詞】? ? 快速風格遷移? ? JavaEE? ? 風格遷移網站? ? SSM框架

引言：

繪畫是藝術創作重要的視覺表現形式之一，而繪畫風格可以用于表現繪畫的文化創作背景和藝術特征，是各門類藝術繪畫派系最直接的特征表現。在現代，人工智能也已經能理解“藝術”了。例如風格遷移，它可以提取圖片的風格，將另一張圖片重繪為一張含有藝術風格的新圖片。

例如下面圖1所示：圖1（a）是名畫《神奈川沖浪里》，圖1（b）是一副風景畫，而圖1（c）是通過風格遷移之后得到的新圖像，既包含圖1（a）的樣式風格，又包含圖1（b）的圖像內容。[1]

隨著深度學習技術不斷地發展，會帶來更多圖像處理的技術。此時，圖像處理的網站勢必會為社會不同人群的生活帶來更多的便利與多彩。為了有效的為用戶帶來便利，圖像風格遷移網站致力于使用人工智能來對圖片進行處理。同時，提供一個網站來讓更多人進行藝術照片方面的探討和交流。網站核心是讓用戶能夠方便的處理和制作圖像，同時也要能增加了用戶之間的互動。

一、技術背景

1.1快速風格遷移

風格遷移中，根據內容圖像和風格圖像對風格化圖像進行優化，使 loss 值最優。此處的梯度下降方法通過調整輸入圖像來達到loss值最小，屬于網絡參數不變、根據調整輸入進行下降。每生成一張圖像都要經過一個n次的迭代，相當于訓練一個模型，需要較多的CPU資源和計算時間。

雖然基于圖像迭代的方式，風格化圖像的融合效果較優，但是考慮到服務器性能一般，而且等待時間過長容易給用戶帶來不好的體驗。所以選擇基于模型迭代的圖像風格遷移的方法，該方法又稱“快速風格遷移”。

快速風格遷移使用了大量的圖像來訓練可生成風格化圖像的生成模型，訓練完成后即可使用此模型對圖像進行風格遷移只需要幾秒鐘的時間，很大程度上解決了圖像風格遷移的計算效率低下的問題，并且可以與基于圖像迭代的方法進行組合[1]。這就是快速風格遷移的特別之處，其結構圖如圖2所示。

二、應用的系統設計與實現

本系統主要是實現了對用戶上傳的圖片進行風格遷移化的功能，具體風格遷移網站和后臺管理系統。系統的主要功能包括圖像風格化處理、用戶和圖像信息管理、用戶進行互動的功能，包括留言評論、發布動態等。

用戶首次使用，需要先在網站注冊一個賬號，接著使用該賬號登錄后，可以查看到其它用戶的作品、動態、點贊、留言信息等，當然也可以進行動態發布、作品點贊、作品留言等操作，同時，用戶需要制作圖片時，只需進入到制作圖片頁面后，將圖片上傳后，選擇一個濾鏡，在點擊制作后，后臺會調用該濾鏡對應的訓練模型，用該模型對圖片進行訓練，然后等待一段時間訓練完成后用戶就可以在制作列表中看到風格化處理后的圖像，此時用戶可以選擇發布該圖像作為作品分享給其他人，也可以在該頁面刪除該作品。后臺管理主要是針對圖片信息管理，用戶管理，動態信息管理。

2.1系統架構

基于 JavaEE 的圖像風格遷移網站采用MVC的架構模式設計。網站前端使用了 Bootstrap 和 Layui 前端UI框架，后端采用的是 SSM 框架[3]，網頁的前臺設計主要功能是給用戶提供制作圖像的制作平臺，同時通過互動功能讓用戶和用戶之間能更好的分享圖像風格遷移的樂趣。即包括了留言板、動態、作品信息查看、用戶主頁空間等，在對圖片處理用的是tensorflow框架。

具體的系統功能架構如圖3所示。

用戶制作一張圖像風格遷移的流程為：

1.用戶進入制作圖片頁面，上傳需要進行風格遷移化的原圖，再選擇一個濾鏡后，點擊制作圖像

2.點擊后通過本地Cookie上的賬號密碼驗證用戶登錄信息是否正確，當用戶信息正確時，將用戶信息以及上傳的圖片和選擇的濾鏡發送給服務器，將圖片保存到服務器中，并將該系列對應的信息傳入MySQL數據庫，同時將原圖再進行了低質量圖片和水印圖片的存儲，節約用戶在網站上的流量以及加快了用戶尋找自己想要的作品速度，水印圖片是為了讓用戶發布的作品被直接進行盜取。

3.用戶在點擊制作圖像后自動進入制作列表中，制作列表顯示正在制作的圖像和已經完成的圖像，并在制作未制作完成時，即查詢圖片路徑上的圖片不存在時，設置一張默認的圖像提示用戶圖像正在制作中，請等待。等待過程中，服務器將該上傳的圖片以及濾鏡獲取，此時開啟一個線程調用Python腳本對圖像進行風格化處理，在調用Python程序處理過程中，因為圖像過大會導致程序的時間變長，所以第一步對內容圖像進行縮放等處理;第二步獲取用戶選定的風格圖像具體路徑;第三步讀入內容圖像和風格圖像后開始調用Python程序進行圖像的風格遷移;最后將生成的圖像按指定名稱保存到指定的本地位置。當處理完成后，Python腳本已經在服務器中生成風格遷移化的圖片，在用戶重新刷新頁面，由于當前地址有圖像存在，即可顯示圖像，用戶即可獲得一張已經風格遷移化后的圖像。

4.完成圖像制作后，制作后的圖像也會顯示在制作列表中，當用戶需要發布時可以選擇發布來對圖像的名稱、描述等信息的編寫，編寫完成后點擊發布，會再次將該風格化圖像生成低質量圖片和水印圖片。也可以通過刪除某一圖像來管理制作列表。

三、結束語

過去幾年來，風格遷移已經持續成長為了一個蓬勃發展的研究領域。不過目前雖然已經有了成功的應用案例，但是距離廣泛的商業應用還有較大的距離，且國內圖片風格遷移網站較少，所以此網站可以作為藝術創作和社交的工具，具有重要意義和廣闊前景。

參? 考? 文? 獻

[1] 楊晨，劉立波.基于VGG網絡的圖像風格遷移Android應用[J].福建電腦，2019，35（03）：51-53.

[2]陳淑環，韋玉科，徐樂，董曉華，溫坤哲.基于深度學習的圖像風格遷移研究綜述[J].計算機應用研究，2019，36（08）：2250-2255.

[3]王梓，夏凱.基于SSM框架的水質監測數據管理系統研究[J].計算機時代，2018（07）：25-27+31.