TELKOM NIKA , Vol.13, No .2, June 20 15 , pp. 614 ~ 6 2 3   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v13i2.1433        614     Re cei v ed  Jan uary 16, 201 5 ;  Revi sed Ma rch 2 8 , 2015;  Acce pted April 12, 2015   Image Denoising Based on Artificial Bee Colony and BP  Neural Network       Junping Wa ng, Dapen g  Zhang*   Information En gin eer De part m ent, Hena n V o catio nal  and  T e chnical Institute,   Z hengz ho u 45 004 6, Hen an, Chin a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : 5541 04 45@ q q .com       A b st r a ct   Imag e is  ofte n su bject to   nois e  p o ll utio n  duri ng t he  p r ocess of c o ll ection,  acqu isi t ion  and   transmissio n , n o ise  is  ma jor  factor  affecti n g the  i m a g e  q uality, w h ic h a s gr eatly  i m p ede d p e o p le  fr om  extracting  infor m ati on fro m  th e i m a ge. T h e   purp o se  of  i m age  de nois i n g   is to restor e th e ori g in al  i m ag w i thout no ise  from the  no ise  i m a ge,  and  at t he s a me ti me ma inta in  th e d e tail ed infor m a t ion of  the i m a ge as   muc h  as  p o ssible. T h is p a p e r, by co mbin i ng arti fic i al  b e e  col ony  al gor ithm an d BP  neur al  netw o rk,   prop oses the i m a ge d eno isin g meth od b a se d on artifi cia l  b ee col ony an d BP neura l  net w o rk (ABC-BPNN),  ABC-BPNN  a dopts th e “d o ubl e circ ulati o n  structure  d u rin g  the  train i ng  proc ess, a fter specifyi ng  the   expecte d co nv erge nce sp ee d  and  precis ion,   it can a d just th e rules  accor d i ng to the struct ure, auto m atic ally  adj usts the nu mb er of neur o n s, w h ile  the w e ig ht of the ne urons a nd  re le vant para m eter s are deter mi n ed  throug h be e co lony o p ti mi z a ti on. T he simul a tion resu lt  sho w s that  the alg o rith m pro pose d  in this pa per can   ma inta in th i m a g e  ed ges  a nd  other  i m p o r tant features   w h ile r e movi n g  n o ise, s o   a s  to o b tain  b e tte den oisi ng effec t   Ke y w ords : Image D e n o isi ng,  Artificial Bee  Colo ny, BP Ne ural N e tw ork       1. Introduc tion  The main m edia for info rmation tra n s missio nis v o ice a nd im age. The qu antity of  informatio n a nd intuitive  containe d in  a n  imag a r e unmatched   b y   sou nd and  words. Ho we ver,  image i s  ea sil y  interfered  b y  all kind s of noise  in the p r ocess of g e n e ra tion  and transmi ssion, t he  quality of image will be  damag ed, which i s  very  unfavora b le to the sub s e q uent high er-level  image processing [1]. Therefore, at  the pre - processin g  stage of im age , it is quite nece s sa ry to   con d u c t ima ge d enoi sing , in orde r to  improve  the  SNR  (sign a to noi se  ratio )  of im age  a n d   highlight the  desi r ed featu r es of image [ 2 ].  Today, the st udy on the th eory an d ap p lication  of image d enoi sin g  is  still a very active  resea r ch an gle in the ima g e  pro c e s sing  field. Many re sea r che r s   at both hom e a nd ab roa d  ha ve   analyzed the  statisti cal m odel s an d fre quen cy di st ri bution of th noise si gnal   according  to  the  sign al characteristics,  sum m ar i z ed  and  put forward  many metho d s  for i m age  d enoi sing.  Divided   according  to  the appli c atio n dom ain, th e imag e de n o isin g alg o rit h m can  be di vided into  sp atial  domain  meth od a n d  tran sf orm  dom ain  method  [3]. Divided  a c co rding  to th con c rete  app lied   theory, the i m age  denoi si ng alg o rithm  can  be divid e d  into alg o rit h m ba se d on  multi-resolution   analysi s , alg o rithm b a sed  on p r ob abilit y statistics  th eory, metho d  based o n  n online a r filteri ng  theory, meth od ba se d on   partial  differe ntial equ at ion  theory, et c. A dilemma  of denoi sin g  is  how  to the maintai n  image d e tai l s as m u ch a s  possible  whil e lowe ring im age noi se. An d the re sea r ch   focu s is to  explore  wh ether the  algo rithm  can sparsely re prese n t the image info rm atio n   effectively by  dealin g with d i fferent image  feature s  whil e denoi sing [ 4 ].    Artificial neu ral netwo rk i s  a forefront subje c t as wel l  as a hot research topi c in image   pro c e ssi ng  which h a gain ed the inte rn ational re cog n ition cu rrentl y . It has attracted mo re a n d   more  attentio n with  its ap p lication  in fiel ds  of  ima ge  d enoi sing, im a ge  com p re ssi on, ima ge  ed ge   detectio n , im age i n tegratio n, etc. In th field of  swarm intellige n ce, the a r tificia l  bee  colony i s  a   rand om opti m ization  sea r ch alg o rithm  based on th e  heuri s tic met hod of popul ation, spe c iali zing   in finding  sol u tions to  spa c ial optimi z ati on problem [5]. This pap er, by com b i n ing a r tificial  bee  colo ny and  BP neural  n e twork, p r op ose s  the  AB C-BPNN ima ge den oisi ng  method. In  this  pape r, the pri n cipl e of image den oisin g  is first de scri bed, then on  basi s  of the analysi s  of b ee  colo ny algorit hm and BP n eural n e two r k, the  BP neural netwo rk training p r o c e s s optimi z ed b y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Im age Denoi sing Ba sed o n  Artificial Bee Colo ny a n d  BP Neural Network (Ju npi ng Wa ng)  615 artificial b ee  colony is  put f o rward, and fi nally  the si mu lation expe ri ment an d an a l ysis a r ca rri ed   out.      2. Source of  Noise   The quality of digital image will be  affected by noise, and the noi se s are mainly   gene rated d u r ing two p r o c esse s: acqui sition and tran smissio n . In the image a c q u isition p r o c e ss,  the imaging  sensor will be  affected  by various factors, such as  the external environment and the  q u a lity o f  th s e ns or  its e lf,  e t c .  F i gu r e  1  s h ows  th e d i g i tiz a tio n  p r oc es s o f  th s i mu la tio n  imag e ,   a gray scale i m age  can b e  represented  by a two-di mensi onal fu nction  (, ) f xy  with the si ze of   mn  after bei ng d i gitized,  whe r ein,  (, ) x y  re pre s e n ts the  coo r d i nate of the p i xel in the o r igina l   image,  (, ) f xy rep r e s ent s the  grayscale valu e of c oordin a te pixel, at  this time,  x y and   amplitude f are  discrete. T he noi se m a inly com e s from the collectio n, tra n smi ssi on a n d   manag eme n t stage s du ring  the image di gitization p r o c e ss.           Figure 1. The  digitization p r ocess of the  simulatio n  im age       (1) Image  inf o rmatio coll ection  sta ge:  at  the im ag e colle ction p hase, the  sta t e of the  sy st em  se ns or i s  af f e ct e d  by  f a ct o r s  su ch   as th e quality of  com pon ent s, the  worki n g   environ ment, etc. The noi se at this stag e is  mainly sa lt&peppe r noi se an d bipol a r  noise.  (2) Imag e informatio n transmi ssion  stage:  at the image tra n smi ssi on st age, the   transmissio n cha nnel i s  in terfere d  and  noise is thu s  gene rated.  Bipolar n o ise  and Gau s si an   noise are  co mmon at this  stage.    (3) Im age inf o rmatio n man ageme n t stag e: image m a n ageme n t incl ude s sto r ag e, delete ,   copy, etc. Due to aging  of compo n e n ts, self-e xci t ation of circuit and poo r filtering in the   manag eme n t system, the resi stan ce the r mal noi se, th unde r-ball noi se, etc. are g enerated [6].      3. Artificial Bee Colony   Artificial be e  colo ny sim u lates th e a c tual b ee h oney gath e ri ng me cha n ism and   pro c e s ses th e function o p timization p r oble m , and  divides the a r tificial bee  colony into three   categ o rie s : le ading b ee, followe d bee a n d  scoute r . Th e basi c  ide a   of such alg o ri thm start s  fro m   one ra ndo mly generated in itial populatio n, sea r ches   a r oun d one h a l f individual with best fitness  value and p r eferentially re tains the indi vidual by  adopting the on e-to-one  com petition su rvival  strategy,  and   su ch  ope ratio n  is n a med  th e lea d in g  be e  se arch.  The n  sel e ct  optim al individ ual  by  usin g the ro ul ette sele ction  method an con d u c t the g r eedy  sea r ch  arou nd to ge nerate th e other  half individual , and such a  pro c e ss i s  n a m ed the follo wed  bee  sea r ch. New  pop ulation i s  formed   by individual s gene rate d by leading b ee and follo wed be e to avoid the loss of populati o n   diversity. Co ndu ct the a n a logo us  scou ter vari ati on  sea r ch to fo rm the iterative pop ulation.  By  con s tant ite r ative cal c ulat ion,  su ch  alg o rithm  retain s excellent i ndividual s, el iminates infe rior  individual s, and gets  clo s e r  to the global  optimal soluti on.  Then, ta ke th e sol u tion of  the nonli nea r func tion  mini mization  for  example to  el aborate  the con c rete operation p r o c e ss of ABC  algorith m  in d e tails.   Anal og im age  Im age codi ng  C h an nel  c odi n g   Noise   St ora g e or   p r o cessi ng   Noise   Dig ital  im age  User   Im age decoding  C h an nel  c odi n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  614 – 62 3   616 The no nlinea function  minim u m value is expre s sed   as mi n ( ) f X , L U XX X  L X and U X  are resp ectively  the upper a nd lowe r bou nds of the   variable 12 (, , ) n Xx x x  valu e, and  n  is th e varia b le di mensi on.  During the  sol u tion of the   nonlin ear fun c tion mi nimu m value  with  ABC algo rith m, first of all,  the initial p o p u lation in clu d i ng  NP individ ual s i s  g ene rate d withi n  the   val ue  scope,  and  ea ch i n d i vidual h a s a  co rrespon di ng   can d idate  sol u tion in th e fe asibl e  solutio n  spa c e a nd t he dim e n s ion  of the in divid ual vari able D   equal s th e di mensi on  n  of t he o b je ctive functio n  d e ci si on va riable X . Suppo se  th e algorith m ’s  maximum iterative number i s G , the nu mber  i  individual i n  n u m ber  t  popul ation  can  b e   expre s sed a s (( 1 ) , , ( ) ) tt t ii i x xx n , 1, 2 / 2 iN P . The followi ng is th e de scriptio n of  ke y steps  of ABC algori t hm:  (i) Popul ation  initialization   Set the initial evolution  algeb ra  0 t the initial p opulatio n co nsi s ting of  NP   X individual s th at are rando mly generate d  by  fo rmul (1) and sat i sfies con s tra i nt  conditio n within the feas ible optimiz a ti on solutio n  space is form e d   0 () ( ) , 1 , 2 LU L ii i i XX r a n d X X i N P                                                                        (1)    In which,  0 i X  sho w s the n u mb er  i  individual in numbe r 0 p opulatio n and   () rand   (ii) Le ading b ee se arch   The  half in di vidual  with  small fitne s s form s the  le a d ing  bee  po p u lation, a nd t he oth e half forms the  followed b e e  populatio n.   For  one  go al  individu al  t i X  of the  cu rre nt  numbe t  lea d i ng b ee  pop u l ation, ra ndo mly  sele ct the individual  1 [1 , 2 , / 2 ] rN P  to condu ct the cro s sover search by dimen s ion t o   gene rate the  new in dividua V . See the formula (2 ) for d e tails.     1 () ( ) ( 1 2 ) ( ( ) ( ) ) tt t ii i V j xj r a n d xj x j                                                                               (2)    Figure 2 is th e cro s sove r search dia g ra m when the o b jective fun c tion is two.   From the Fi g u re 2  crossov e search  dia g ram, we can  see that the  gene rated  differen c vector is un certain  in th dire ction  and  si ze . T he  g oal le ading  i ndividual  bee  and  rando m l sele cted le ad ing individu al bee ad d such  differen c e ve ctor to the b a se vecto r , wh ich eq ual s th at  the  rand om disturban ce  within  one  regulate d   sco pe i s  a dde d  to the  ba se  vecto r , thu s  the  popul ation di versity is enla r ged [7].         Figure 2. Illustration of the cro s sove r pro c e ss  with D=2      Like  other  evolutiona ry alg o rithm s , ABC algorit h m  ad opts the " s u r vival of the fittest" ide a   of Darwin' s  e v olution theo ry retain the i ndividual   with  the purp o se  to ensu r e tha t  the algorith m   The a r ea  of the  residual  v ector  r e su lted b y   go al  lead in g b e e and   r a ndo m l selected leadi n g bee  Leadi n g bee   Goal lea d ing  bee  N e w po sition  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Im age Denoi sing Ba sed o n  Artificial Bee Colo ny a n d  BP Neural Network (Ju npi ng Wa ng)  617 evolves  co nstantly to the  glob al opti m al so lution.  Evaluate th e fitness  of  newly  gene rated  individual  V  and goal i ndiv i dual  t i X , and then comp are  their fitness values, an d  sele ct the   individual s wi th better fitness valu e by  fo rmul a (3 ) to form the leadi ng bee p opul ation.    1 ,( ) ( ) ,( ) ( ) t t i i tt ii Vf V f X X X fX f V                                                                                                         (3)          Figure 3. Flow ch art of the  standa rd ABC algo rithm       (iii) Follo we d bee search   Followed b e e  sele cts th e o p timal goal i n dividual  1 ,[ 1 , , / 2 ] t k Xk N P  in the ne w leadi n g   bee po pulatio n acco rdin g to the proba bi lity formul a (4) an d in the  roulette  sele ction mo de a n d   Followed  bee  searches t o  produce  n e fo llowed b ee p opu latio Leading bee s earches to  produce   new leadin g  be p o p u l ation Star t In itialize related   p a ram e ter,  N P, G, limit, t = 0 Produ ce i n itial  p o p u l atio n C a l c ul at e t h e i ndi vi dual   fi t n ess val u e a n d  t a ke hal f   nu m b ers of t h e i ndi vi d u al  wi t h  best   fitn ess  v a lu e as lead in g  bee  p o p ul at i o a n t h ot he r hal f  as fol l o we d bee  p o p u l atio Yes   Yes   The sc oute r  se arches a n d updates  th e iterativ p o p u l ation  C o m b i n e t h e l eadi n bee  po pul at i o n a n d  f o l l o we bee   p o p u l atio n  t o   fo rm  th e iterativ p o p u l atio n Whet her  t h e s c out e r  i s   pr o duc ed   t Out p ut  t h o p ti mal so lu tio n En d No   No   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  614 – 62 3   618 con d u c ts the  sea r ch tog e t her  with ra n domly sel e ct ed individ ual  based o n  th e formul a (2) to   gene rate ne w individual  1 ,[ / 2 1 , , ] t k X k NP NP   and form the followe d bee p o pulation.     /2 1 i i NP i i f it P f it                                                                                                                                      (4)    The  sea r ch  way of followed  bee  pop ulati on in th e a r tificial  bee  col o n y  is the  key  why it is  different from  other evoluti onary al gorith m s. Its esse n c e is to  sele ct prefere n tiall y  individually to  con d u c t the g r eedy  sea r ch,  whi c h is th key facto r  of  the algo rithm’ s fast  conve r gen ce. But, its   sea r ch way  itself introdu ce s so me random info rmation, whi c h thus do es not redu ce  the  popul ation di versity to a large extent [8].  (iv) Scoute r  search   After the com b ined  se arch  by leadin g  be e pop ulation  and follo we bee p opul atio n, new  popul ation in  the sam e  si ze with the init ial popul at ion  is form ed. In orde r to avoi d the exce ssi v loss of the population diversity as the population ev ol ves, the artificial bee  colo ny simulate s the   biologi cal b e havior of the  scouter  se arching for  pote n tial hon ey s ource s to put s forwa r spe c ific  scouter sea r ch  way. Assume a  certai n indivi du al  doe s n o t ch ange  continu ously fo r "li m it"  gene ration s,  the corre s po nding  individ ual tra n sfe r into the  scou ter, gen erate s  n e w individ ual  according to  formula (1) sea r ch  and  make s one -to-one  com p arison with  origin al indivi dual  according to formul a (3 ) to prefe r entially  retain individuals   with better fitness .    Thro ugh a b o v e sea r ch es of leading  bee po pulati on, followe d  bee pop ula t ion and  scouters, m a ke th e p opul ation evolve   to the n e xt g eneration  an d recy cle u n til the al gorith m   iteration num ber  t  re ach e the preset m a ximum iteration nu mbe r   G  or the  pop ula t ion optimal  s o lu tion  r e ach e s  th e  pr es et e r r o r  a c c u r a c y In orde r to further u nde rstand the p r in cipl e of the ABC algo rithm ,  Figure 3  sh ows the  operation flo w  ch art.       4. Back -Prop a gation  Ne tw o r k (BP Ne t w o r k)  Ba c k - P ro p aga tio n  Ne tw ork  ( BP Ne tw or k)  is  th e mu ltilayer netwo rk g ene rali zi ng W-H  learni ng rul e  and condu cti ng the weig ht training to wa rds the n onlin ear differenti a l function. T he  adju s tment o f  weig hts a d opts th e ba ck p r op agatio n lea r nin g  al gorithm  whi c h is  kind   of  multilayer fo rward feed ba ck  neu ral  ne twork,  an d its ne urons transfo rmatio n  function i s   S   function, its o u tput quantity is  the contin uou s amo unt  from 0 to  1,  and it ca n a c hieve the  a n nonlin ear ma pping fro m  in put to output.      4.1. BP Net w ork Fea t ure s   (i) The in put and outp u t are parall e l ana log qua ntity.  (ii) T he i nput  and  outp u relation shi p  o f  t he net work is  determine d by  weight  factors  con n e c ted by  each laye r, and there i s  no  fixed algorith m (iii) Th e wei ght factor i s  adju s ted by  st udying  sig nal, and the  more you l earn, the   s m arter the network  is .   (iv) The m o re hidde n lay e r is, the  hi gher th e net work o u tput  pre c isi on i s , and the  damag e of so me individual  weig ht factor  will  not exert large im pa ct on the netwo rk output.  Only when  you  want to  li mit the o u tpu t  of  the  network,  for  exam ple b e twe en  0 an d 1,   there sh ould exist  S  type activation functi on in th e o u tput layer. In   gene ral,  S  type ac tivation  function i s  usually adopted  in hidden la yer, wh ile, the output layer adopt s the linear a c tivatio n   func tion [9],[10].      4.2. Introduc tion to Multil a y er BP Netw o r   Multilayer BP netwo rk i s  the multilayer neural  network  with thre e layers or o v er thre e   layers,  and  e a ch  layer is  comp osed  of a n u mbe r   of neu ron s   as  sho w n  in Fi g u re  4, an d e a ch   neuron bet we en its left and right layers a c hieve s   the full conn ectio n ,  namely, each neuron in the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Im age Denoi sing Ba sed o n  Artificial Bee Colo ny a n d  BP Neural Network (Ju npi ng Wa ng)  619 left layer  and  the  right l a yer i s   co nne ct ed, but   there  is no  conn e c tion  betwee n  up  an do wn  neuron s [11].        Figure 4. Multilayer BP network      BP network condu cts the trainin g  acco rding to  the learnin g  way with teache rs.  Whe n  a  pair of le arni ng mod e l is  offered to th e network , th e activation v a lue of its  ne uron  will  sp read  from the  inp u t  layer to  the  output laye r t h rou gh th e m i ddle l a yer, a nd e a ch n euron in  the  out put  layer co rresp ond s with the netwo rk re spo n se  of the input mod e , then, passe s throu gh the   middle laye from the o u tp ut layer a c co rding to  th prin ciple  of redu cing exp e c ted o u tput a n d   actual  outp u t errors, a nd f i nally retu rn s to the i nput  layer to  co rre c t the i ndivid ual  con nectio n   weig ht one la yer by one layer. Due to this co rr ectio n  process is condu cted fro m  the output to   input level, so it is called  “error ba ck propa gat ion  algorithm ”. With this kin d  of erro r back  prop agatio n t r ainin g  i s  con ducte d, the  resp on se a ccura cy rate  of  the network t o  the in put m ode   will also be unceasi ngly enhanced [12].   Becau s e BP netwo rk h a s t he hidde n layer whi c h i s  in  the middle p o sition, an d there a r corre s p ondin g  lea r ning  ru les to foll ow to train  su ch network to  make it abl e to ide n tify the   nonlin ear mo del.      4.3. Three-la y e r  BP Net w ork   In ord e r to  endo w th e B P  netwo rk  with a  certai n  functio n  to  compl e te a  task, the  interlaye r  con nectio n  weig hts  a nd nod e   thre shol va l ue mu st b e  a d juste d  to  en sure that  erro rs  of all sampl e s’ actual and expec ted output stabilize within a smal ler value. In the process of  training BP n e twork al gorit hm, the error back p r opa g a tion algo rith m is one  mo st effective a nd  comm only used method [1 3]. Figure 5 shows th re e-l a yer BP netwo rk  stru cture chart.   The lea r nin g  pro c e ss of B P  network ma inly has follo wing fou r  pa rts.  Input mod e  d i rect  propa ga tion (the  inp u t  mode  cal c ul ation i s   sprea d  to the  outp u t layer  throug h the middle laye r from the inp u t layer).   Output e r ror  back  pro pag a t ion (the  outp u t erro r is sp read to th e in p u t layer to  the  output  layer thro ugh  the middle la yer).   Cycle  memo ry training  (the  cal c ulatio n p r oc ess of  the mode dire ct  p r opa gation  an d erro back propa ga tion is rep eat ed altern ately).  Study result d i scretion  (det ermin e  wh eth e r t he glob al error is  clo s e r  to the minimum).           Figure 5. Three-laye r BP network  stru cture cha r t     M i ddl l   I npu l   Out put   l I npu Out put   R i 1   R i2   R im   O 1   O 2   O m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  614 – 62 3   620 5. Artificial Bee Col ony  Optimized BP  Neur al Net w ork and Trai ning  Artificial bee  colo ny algorit hm doe sn’t n eed t he de rivative but the value of the obje c tive  function  and  it has  excellent optimi z ation  e ffect s an d lo w requireme nt for  softwa r and   hard w a r e; th erefo r e, it has obvio us  advantag es  t o  use it to train the BP  neural net wo rk.  Integrate the  artificial be e colony algo rith m and the BP neural n e two r k an d form A B C-BPNN.       5.1. Pixel Pollution Judg ment Ba sed  on ABC-BP NN  Firstly, jud ge  wheth e r the i m age  pixels  hav e b een  p o lluted  by im pulse n o ise a nd divid e   the pixel s  int o  two  types:  polluted  and   un-p o llute d  a c cordi ng to  th e jud g ment  result. Prepro c e ss  the data befo r e it enters in to ABC-BPNN, incl udi ng the extractio n  and norm a li zation of me dian  filter and eig e n value. After the norm a lize d  data ente r s into ABC-BPNN, trai n it wi th the trainin g   method indi cated in Figu re  6.    Since ABC-BPNN i s  used  to classify the  pollute d a nd unp ollute d pixels, its expecte output is defi ned by the followin g  formul a:     1, ( , ) ( , ) 0 (, ) 0, ( , ) ( , ) 0 gi j f i j Si j gi j f i j                                                                                                      (5)    In this  formula,  g  stand s for the origin al and un pollute d image  whil e f r e pr es en ts  th image poll u te d by the impu lse noi se. If pixel  (, ) ij has be en  polluted, na mely  (, ) ( , ) 0 gi j f i j  then the expected o u tput of ABC-BPN N is 1, otherwise, it is 0.  A cco rdi ngly, if the output of the   trained AB C-BPNN is  clo s e to 1, then the co rr espon ding pixel ma y have been  polluted, if cl ose   to 0, they may not be pollu ted.       5.2. ABC-BP NN Tr aining Process   The num ber  of neuro n s in  the BP neural netwo rk  h a s  a relatively signifi cant im pact on   the app roxim a tion a c cura cy. The more  neuron s the r are, th e ap proximatio n a c cura cy i s  hig her.  In pra c tical a pplication, more ne uron s are not  bette r since the co mputation co mplexity is neede d   to be  take n i n to co nsi d e r ation. Th erefo r e ,  for  the  BP n eural  net wo rk, the dyn a mic adju s tme n ts  of   the nu mbe r   of neu ron s   will g r eatly i n crea se  it a pplication  scope  and  get  the o p timal  co st  perfo rman ce i n  a cert ain co ndition.   In order to  automatic a lly adjus t ment the netwo rk st ru cture  in the t r aining, the t r aining  of  ABC-BPNN  has ad ded  the u pdate d   module  of  n eur al   net wo rk stru cture a nd con s titute the  “dual  cy cle   training  p r o c ess of AB C-BPNN  with t he u pdate d   module  of n eural  net wo rk  coeffici ent. The neu ral net work st ru cture update mai n ly refers to the increa se  of neuro n while  the neural ne twork co effici ent is mainly  updated  by the bee colon y  algorithm. The followi ng  is   the further d e s cription of A B C-BPNN tra i ning:   (i) Abst ra ct and define the  individual  attri bute of the be e colo ny.  It can be kn o w n every ne u r on in the n e u ral net wo rk  has 4 va riabl es an d there are 4K  coeffici ents t o  be d e termi ned in the B P  neural  net work  with K  neuron s an d  every co efficient  corre s p ond s t o  one  dimen s ion of the  sea r ch  sp ace.   In other wo rd s,  the  search  scope of the  be e   colo ny is 4K-dimen sion al.  (ii) Initialize the bee colony.   Initialize the  bee  colony b e fore the t r ai ning.  Additio nally, re-i nitialize the  bee  colo ny   whe n   the r e a r e new  ne uro n s sin c e   cha nge ha o c cu rre d in  the  di mensi o n s  of  the  sea r ch  sp ace.  For the  latter,  if the num be r of the  neu rons i n cre a se s fro m  K to K + 1, the i ndivi dual di men s i ons   of the be colony al so i n cre a ses from  4K  to (4K+4). Adopt  rand om a s si gnment i n  th e   initialization.   (iii) Calculate  the neural net work outp u t.   Cal c ulate the  output value  according to  Formul a (6 ).    11 1 () ( ) ( ) qq M kk k i i k k i i j j i k ii j on e t w y a w w x a       (6)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Im age Denoi sing Ba sed o n  Artificial Bee Colo ny a n d  BP Neural Network (Ju npi ng Wa ng)  621 (iv) Trai ning  stop con d ition s   Two  con d itio ns: a)  Whe n  it reach e s t he ma ximum  iteration s . b) When it rea c he s the  expecte d out put error. Iteration will sto p  if  one of the two conditio n s is satisfie d.  (v) Adjust the  network  stru cture  con d itio ns.   Jud ge  wheth e r a d ju stment s n eed to  be   made i n  the   netwo rk st ru cture. To  in cre a se  the  neuron s nee d to investig ate the pre s e t  neural n e twork  adju s tme n t rule s in ad vance. Incre a s e   the numbe r o f  the neuron if satisfying the ru le s and th e adju s tment rule s are as f o llows:   a) The n u mb er of the initial neuro n s i s  1 .     b) Set the error thre sh old  to accept the existing structure and the  maximum tolera n c e   algeb ra  p G  to achieve this thresh old.   Structu r e adj ustment rule:   Acce pt the  setting of the  cu rrent ne u r on if the  a v erage  erro r in the  app roximate   gene ration o f   p G is sm aller than  after  p G gene ration e v olution sin c e the initialization,   otherwise, increa se the nu mber of the n euro n s.   Actually, wha t  the e r ror  gives i s  the  exp e cted  conve r gen ce  ac cu ra cy  of  A B C-B P NN  in  the cu rre nt structu r while  p G  gives the expecte d co nve r gen ce  spe e d . If the current stru cture  fails to conve r ge at the se t accu ra cy and sp eed, it can o n ly adjus t ABC-BP NN  stru cture  and  increa se the  neuron s.  (vi) Impl eme n t the  updat e of th e b e e  col ony in dividual s a c cordi ng to  the  est ablished   artificial be e colony optimization.  ABC-BPNN training p r o c e s s is sho w n in  Figure 6.            Ye s   NO   NO   In cr ea se   in dividu al   d i mens ions   In cr ea se   ne u r on   number s   Upd a t e   individual St a r t   Ab s t r a ct   an d   de f i ne   ind i vidua l   a t tr ibut e   Initializ e   ind i vidua l   Calcu l a t e   neur al   ne tw ork   o u tput   End     M eet   tr aining   sto p   c o nd it io n     Need   to   adju s t   the   ne tw or k   st r u c t u r e   Ye s       Figure 6. ABC-BPNN trai n i ng pro c e ss      6. Simulation and Experi mental An aly s is  In ord e r to te st the pe rformance of the  algor ith m  p r opo sed i n  thi s  pa pe r, the  followin g   take s the co mmon 256 *2 56 origi nal grayscale imag e Came ram a n as an exam ple, in Matlab test  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  614 – 62 3   622 environ ment,  add the G aussia n  noi se 0 , 2 0. 02 , and make a comp ari s on  with the  traditional d e noisi ng meth ods  su ch as mean filt ering, global th reshold filteri ng and me di an  filtering, the experime n tal result is  sho w n in Figure 7.   It can be see n  from Figure  7, after adding int ense G aussia n  noise to the original image   Lena, the  visual effect  of the ima ge afte r bei ng filter e d  in thi s  pa pe r is  sig n ifica n tly improved, t h e   edge  and  im age d e tails  are  more  cle a r, the im ag e quality i s  i m prove d , an d it ha sho w promi nent ad vantage s co mpared  with the traditio nal  Gau ssi an n o ise filterin g m e thod. Thu s the  algorith m  a d opted i n  thi s   pape r h a s g r eat adva n tag e com p a r ed  with th e trad itional al gorit hm  and the gl ob al thre shol d a l gorithm, the  SNR of t he i m age i s  in cre a se d to a la rge extent an d the   quality of the image is g r e a t ly improved.                (a) O r igin al image           (b)  Adding -no i se imag e                  (c) Mea n  filtering                                                       (d) Gl obal thresh old filterin g          (e) Median filtering                       (f) This alg o rith   Figure 7. The  denoi sing eff e ct co mpa r ison of Came ra man imag e       7. Conclusio n   In ord e r to i m prove  the i m age  quality  and   meet t he requi rem e nt of the  su b s eq uent  highe r-l evel pro c e ssi ng,  i m age den oising  ha s be co me imp o rtant  wo rk in th e  pre - p r o c e ssi ng  pro c e ss  of image. Th e convention a l image d enoi si ng metho d will blu r  the i m age e dge,  while   maintainin g a nd en han cing  the image  e dge, they w ill  affect the de noisi ng effe ct of the image This  pap er,  with its focus o n  imag e de n o isin g, ha s re alize d  the im age d enoi sin g  metho d  ba sed   on a r tificial b ee colony a n d  BP neu ral  netwo rk (A B C -BPNN), by comp ari ng  wi th other t r adit i onal  denoi sing  me thods throug h si mulation   experim ent,  the b e tter i m a ge q uality is  resto r e d , whi c h   has verifie d  the perfo rma n c e of the algo rithm pro p o s e d  in this pap e r     Referen ces   [1]    Hamid AJ, Ra bha W I. F r acti ona l Ale x a n d e r  Pol y nomi a ls  for Image Den o isin g.  Sign al Processi ng 201 5; 107( 2): 340-3 54.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       Im age Denoi sing Ba sed o n  Artificial Bee Colo ny a n d  BP Neural Network (Ju npi ng Wa ng)  623 [2]    PR Hi ll, AM  Achim, DR B u ll, ME Al-M u a lla.  Dua l -tree  Comp le x Wa velet C oeffici e n t Magn itud e   Mode lli ng us in g T he Bivariate  Cauc h y –R a y l e ig h Distri butio n for Image  De noisi ng.  Si gn al  Processi ng 201 4; 105( 12): 464- 472.    [3]    F a tma L. A N o vel Ap pro a ch t o  Sp eckle  No i s e F ilteri ng B a sed o n  Artifici a l  Bee  Co lo n y   Algorit hm: An  Ultraso und Im age A ppl icatio n.  Co mput er Methods  and Pr ogra m s i n  Bio m e d ici n e . 2 0 1 3 ; 111( 3): 561 - 569.   [4]    Hans han  L, Z h i y on g L.  Res e arch  on  Infrare d  Sp eci a l F a c u la  Vie w   M eas ureme n t Meth od B a se d o n   Image Proc es sing T e chn o lo g y T E LKOMN I KA Indon esia n Jour nal  of E l ectrical  Eng i n eeri n g . 2 012 ;   10(6): 14 22- 14 29.   [5]    Hamid AJ, Ra bha W I. F r acti ona l Ale x a n d e r  Pol y nomi a ls  for Image Den o isin g.  Sign al Processi ng 201 5; 107( 2): 340-3 54.   [6]    PR Hi ll, AM  Achim, DR B u ll, ME Al-M u a lla.  Dua l -tree  Comp le x Wa velet C oeffici e n t Magn itud e   Mode lli ng us in g T he Bivariate  Cauc h y –R a y l e ig h Distri butio n for Image  De noisi ng.  Si gn al  Processi ng 201 4; 105( 12): 464- 472.    [7]    F a tma L. A N o vel Ap pro a ch t o  Sp eckle  No i s e F ilteri ng B a sed o n  Artifici a l  Bee  Co lo n y   Algorit hm: An  Ultraso und Im age A ppl icatio n.  Co mput er Methods  and Pr ogra m s i n  Bio m e d ici n e . 2 0 1 3 ; 111( 3): 561 - 569.   [8]    Kazim H,  M F a tih T .  Segme n tation  of SA R  Images  usi n g  Improve d  Artif i cial  Be e C o l o n y  Al gorithm   and N eutros o p h ic Set.  Appli e d Soft Computi n g . 201 4; 21(8) : 433-44 3.   [9]    G Rosline N,  S Maruthup eru m al. Normal i ze d Image W a termarking Sch e m e Using C h a o tic S y stem.   Internatio na l Journ a l of Infor m at i on a nd N e tw ork Security (IJINS) . 2012; 1(4): 255-2 64.   [10]    Bharg a v V, Bi s w a r u p  D, R u dra PM. An I m prove d  Sch e m e for Ide n tif y ing F a ult Z o n e  in A S e ries   Comp ensate d   T r ansmission  Lin e  us ing  Un decim ated W a velet T r ansfor m  and  Ch eb yshev N eur a l   Net w ork.  Intern ation a l Jo urna l of Electrical Po w e r & Energy Systems . 20 14 ; 63(12): 76 0-7 68.   [11]    Z hen L, Bi ng a ng  X, Z heru  C ,  Daga n F .  Intelli ge nt  Char ac terizatio n   an d Evalu a tion of Yarn  Surfac e   Appe ara n ce  us ing  Sal i e n c y  M ap A n a l ysis, W a vel e t T r ansform an d F u zz ART M AP Neur al  Net w ork.  Expert Systems w i th Applicati ons . 201 2; 39( 4): 4201- 42 12.   [12]    Chia- N a n  K. Identif icati on of  Nonl in ear S y st ems  w i th Outli e rs usi ng W a v e let N eura l  Net w o r ks Bas e d   on  An ne ali ng D y namic al Le a r nin g   Alg o rithm .   Engin eer ing  Appl icatio ns of  Artificial Inte lli genc e . 20 12 ;   25(3): 53 3-5 4 3 .   [13]    Ale x a nder  AF , Dusa n H, P a v e l YP, V a clav   S.  Ne w   BF A M e thod  Bas ed  o n  Attractor N e ural  Net w o r and L i kel i h ood  Maximizati on.  Neur o co mputi n g . 201 4; 132( 20): 14-2 9 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.