Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Лекция



Автоматическое создание реалистичных высококачественных изображений из текстовых описаний было бы интересно и довольно полезно, так как имеет множество практических применений, но современные системы искусственного интеллекта все еще далеки от этой цели, так как это является довольно сложной задачей в области компьютерного зрения. Однако в последние годы были разработаны универсальные и мощные рекуррентные архитектуры нейронных сетей для изучения различных представлений текстовых признаков. Между тем, глубокие сверточные генеративные состязательные сети (англ. Generative Adversarial Nets, GANs) начали генерировать весьма убедительные изображения определенных категорий, таких как лица, обложки альбомов и интерьеры комнат. Образцы, генерируемые существующими подходами "текст-изображение", могут приблизительно отражать смысл данных описаний, но они не содержат необходимых деталей и ярких частей объекта. В данной статье рассмотрены формулировка и глубокая архитектура GAN, а также объединены достижения в генерации изображений по тексту.

Синтез изображений по тексту ИИ

Синтез изображений по тексту с использованием ИИ — это процесс, при котором нейронные сети преобразуют текстовое описание в визуальное изображение. Эта технология получила широкое развитие благодаря использованию глубокого обучения и больших наборов данных, состоящих из пар «текст-изображение». Основные шаги синтеза изображений из текста выглядят так:

1. Текстовое описание (ввод):
Пользователь вводит текст, например: "кот в шляпе сидит на лужайке возле дома". Этот текст описывает визуальные элементы, которые ИИ должен преобразовать в картинку.

2. Анализ текста (понимание контекста):
ИИ с помощью языковых моделей, таких как BERT, GPT, T5, разбирает текстовое описание. На этом этапе система определяет ключевые объекты (например, "кот", "шляпа", "лужайка"), их свойства (цвет, форма) и их взаимное расположение.

3. Генерация изображения (визуализация текста):
После анализа текста система использует одну из моделей для генерации изображений. Самые популярные подходы включают:

DALL·E и DALL·E 2: Разработанные OpenAI, эти модели используют трансформеры для генерации изображений по тексту. DALL·E 2, в частности, может создавать высококачественные и фотореалистичные изображения из описаний.

Stable Diffusion: Модель, которая работает по принципу диффузионных процессов, позволяя генерировать изображения высокого разрешения, начиная с шума и постепенно улучшая детали на основе текстового описания.

CLIP + VQGAN: Модель, в которой CLIP используется для сравнения текста и изображений, а VQGAN (генеративная состязательная сеть) создает само изображение. CLIP помогает улучшить соответствие между описанием и изображением.

4. Обучение на данных (запас знаний ИИ):
Модели обучаются на огромных наборах данных, состоящих из пар изображений и текстовых описаний. В ходе обучения ИИ "учится" сопоставлять объекты с их визуальными характеристиками и понимать, как они должны выглядеть на изображениях. Например, после анализа миллионов картинок и их текстовых подписей ИИ начинает "понимать", что такое "кот", что такое "шляпа" и как эти объекты могут выглядеть в разных контекстах.

5. Композиция изображения:
В процессе синтеза ИИ формирует композицию изображения на основе текстового описания. Он решает, где будут размещены объекты, как они будут взаимодействовать друг с другом и какие визуальные элементы будут ключевыми. Например, если текст описывает "зеленую лужайку перед домом", ИИ сначала определяет фон (лужайка) и добавляет на него другие объекты (дом, кот).

6. Постобработка и улучшение качества:
После начального этапа генерации изображение может подвергаться дополнительной обработке для повышения его четкости, реализма и визуального соответствия тексту. Некоторые модели используют GAN (Generative Adversarial Networks), где один блок создает изображение, а другой оценивает его качество, чтобы улучшить реализм результата.

Технологии:
CLIP (Contrastive Language-Image Pre-training): помогает улучшить соответствие между текстом и изображениями, сопоставляя текстовые и визуальные представления.
GAN (Generative Adversarial Networks): состязательные нейронные сети, одна из которых генерирует изображение, а другая оценивает его качество.
VQ-VAE и Diffusion Models: современные подходы для создания качественных изображений путем постепенного улучшения деталей на основе текстовых описаний.
Примеры использования:
Создание иллюстраций по описанию: можно сгенерировать изображения по текстовым запросам, что полезно в дизайне, маркетинге, разработке игр.
Визуализация идей: пользователи могут визуализировать свои идеи или концепты без необходимости вручную рисовать или моделировать их.
Артистические эксперименты: генеративные модели могут создавать уникальные, креативные изображения, которые сложно создать вручную.
Таким образом, синтез изображений по тексту с помощью ИИ позволяет автоматически и быстро создавать изображения на основе естественного языка, значительно расширяя возможности творчества и дизайна.

Генерация видео из текст генеративными ИИ

Генерация видео из текста с помощью генеративных ИИ использует сложные нейронные сети, обученные на огромных наборах данных с изображениями и видеороликами, чтобы создавать последовательности кадров на основе текстового описания. Вот основные этапы, как это работает:

1. Текстовое описание:
Пользователь вводит текстовое описание того, что он хочет видеть в видео. Например: "закат над горами с облаками, медленно движущимися на фоне".
2. Преобразование текста в визуальные концепции:
ИИ сначала анализирует текст и выделяет ключевые слова и объекты, которые можно визуализировать, используя языковые модели (например, GPT, BERT). Смысл текста разбивается на визуальные элементы (объекты, действия, сцены), которые затем переводятся в графические концепции.
3. Генерация начальных изображений (кадров):
Система использует модели вроде Stable Diffusion, DALL·E или VQ-VAE-2, которые на основе текстовых описаний создают изображения. Эти модели обучены на больших объемах изображений с подписями, что позволяет им "понимать", как визуализировать конкретные объекты, сцены или действия из текста.
4. Интерполяция кадров и анимация:
После генерации отдельных ключевых изображений ИИ создает плавные переходы между ними для формирования непрерывного видеоряда. Это делается с помощью методов интерполяции и анимации, при которых промежуточные кадры добавляются для создания ощущения движения.
5. Генерация движения:
Для более сложных действий ИИ может генерировать движение на основе информации о том, как различные объекты должны изменяться с течением времени (например, движение облаков, падение воды, перемещение людей).
Некоторые модели используют темпоральные нейронные сети или рекуррентные нейронные сети (например, LSTM или GRU), чтобы отслеживать изменения во времени и поддерживать плавность движений.
6. Постобработка и улучшение видео:
На последнем этапе добавляются дополнительные эффекты, например, корректировка освещения, цвета и четкости для улучшения качества видео. Это может делаться с помощью GAN (Generative Adversarial Networks), которые помогают улучшить реализм изображения.
Технологии:
В основе процесса лежат такие нейронные сети, как GAN, VQ-VAE (вариационные автокодировщики), Diffusion Models, а также рекуррентные нейронные сети для временной обработки.
На сегодняшний день (2025 год) такие технологии уже применяются для создания коротких анимаций или простых видео на основе текстовых запросов, хотя качество и сложность пока могут быть ограничены.

Обзор моделей для синтеза изображений

Сообщество глубокого обучения быстро совершенствует генеративные модели. Среди них можно выделить три перспективных типа: авторегрессионные модели (англ. Autoregressive model, AR-model), вариационные автокодировщики (англ. Variational Autoencoder, VAE) и генеративные состязательные сети. На данный момент самые качественные изображения генерируют сети GAN (фотореалистичные и разнообразные, с убедительными деталями в высоком разрешении). Поэтому в данной статье мы сосредоточимся на моделях GAN.

Сравнение моделей
Модель Inception Score FID Разрешение генерируемой картинки Реализация Модификация (отличие от GAN) Пример сгенерированной картинки
COCO Caltech-UCSD
Attribute2Image, 2015 14.30±0.10 64×64 да Генерация изображения как смесь переднего и заднего планов на основе многоуровневой генеративной модели.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Male, no eyewear, frowning, receding hairline, bushy eyebrow, eyes open, pointy nose, teeth not visible, rosy cheeks, flushed face.
GAN-INT-CLS, 2016 7.88±0.07 2.88±0.04 60.62 64×64 да Обучение на текстовых признаках, кодируемых гибридной сверточно-рекуррентной нейронной сетью.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
This flower is white and pink in color, with petals that have veins.
StackGAN, 2017 8.45±0.03 3.70±0.04 74.05 256×256 да Генерация изображения происходит в два этапа, на первом этапе создается примитивная форма изображения и задаются цвета объектов, на втором исправляются дефекты предыдущего этапа и добавляются более мелкие детали.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
This flower has a lot of small purple petals in a dome-like configuration.
FusedGAN, 2018 3.00±0.03 64×64 нет Генерация изображения в два этапа, на первом задаются признаки стиля, на втором генерируется изображение.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
This bird has a bright yellow body, with brown on it's crown and wings.
ChatPainter, 2018 9.74±0.02 256×256 нет В качестве дополнительных данных для обучения используется диалог описания изображения.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
A person in yellow pants in on a snowboard.
StackGAN++, 2018 8.30±0.10 3.84±0.06 81.59 256×256 да Генерация изображений разного масштаба из разных ветвей древовидной структуры, в которой несколько генераторов разделяют между собой большинство своих параметров.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
A picture of a very clean living room.
HTIS, 2018 11.46±0.09 256×256 нет Генерация изображения разбивается на несколько шагов, сначала создается семантический макет из текста, затем этот макет преобразовывается в изображение.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
A man is surfing in the ocean with a surfboard.
AttnGAN, 2018 25.89±0.47 4.36±0.03 28.76 256×256 да Выделение слов для генерации областей картинки с помощью механизма внимания.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
A photo a homemade swirly pasta with broccoli carrots and onions.
CVAE&GAN, 2018 256×256 нет Разделение переднего и заднего плана, сначала CVAE генерирует картинку в плохом качестве, после качество повышается с помощью GAN.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
This is a yellow and gray bird with a small beak.
MMVR, 2018 8.30±0.78 256×256 нет Обучение на измененном описании картинки.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
A boat on a beach near some water.
MirrorGAN, 2019 26.47±0.41 4.56±0.05 256×256 да Генерация изображения с использованием идеи обучения посредством переописания.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Boats at the dock with a city backdrop.
Obj-GAN, 2019 31.01±0.27 17.03 256×256 да Основной принцип генерации изображений заключается в распознавании и создании отдельных объектов из заданного текстового описания.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
A hotel room with one bed and a blue chair.
LayoutVAE, 2019 256×256 нет Генерация стохастических макетов сцен (англ. stochastic scene layouts) из заданного набора слов.
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Person, sea, surfboard.
MCA-GAN, 2019 256×256 нет Генерация изображения с произвольных ракурсов, основывающаяся на семантическом отображении (англ. semantic mapping).
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Attribute2Image

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 3. Пример результата работы Attribute2Image.

Условная генерация изображений из визуальных атрибутов (англ. Conditional Image Generation from Visual Attributes, Attribute2Image ) моделирует изображение как смесь переднего и заднего планов и разрабатывает многоуровневую генеративную модель с выделенными скрытыми переменными (рис. 4), которые можно изучать от начала до конца с помощью вариационного автокодировщика (англ. Variational Autoencoder, VAE). Экспериментируя с естественными изображениями лиц и птиц на наборах данных Caltech-UCSD и LFW Attribute2Image демонстрирует, что способен генерировать реалистичные и разнообразные изображения размером 64x64 пикселя с распутанными скрытыми представлениями (англ. disentangled latent representations) — это состояние, в котором каждый фактор приобретается как каждый элемент скрытых переменных, то есть если в модели с обученными скрытыми представлениями смещение одной скрытой переменной при сохранении других фиксированными генерирует данные, показывающие, что изменяется только соответствующий фактор. (рис. 3). Таким образом, изученные генеративные модели показывают отличные количественные и визуальные результаты в задачах реконструкции и завершения изображения, обусловленного атрибутами.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Рисунок 4. Архитектура Attribute2Image.

GAN-INT-CLS

Глубокая сверточная генеративная состязательная сеть (англ. Deep Convolutional Generative Adversarial Network, DCGAN) — обусловлена текстовыми признаками, кодируемыми гибридной сверточно-рекуррентной нейронной сетью на уровне символов. DCGAN имеет эффективную архитектуру (рис. 1) и обучающую структуру, которая позволяет синтезировать изображения птиц и цветов из текстовых описаний.

Для обучения такой модели для птиц был использован набор данных Caltech-UCSD, а для цветов — Oxford-102. Наряду с этим было собрано по пять текстовых описаний на изображение, которые были использованы в качестве параметров оценки.

DCGAN во многих случаях может генерировать на основе текста визуально-правдоподобные изображения размером ​64×64 пикселя, а также отличается тем, что сама модель является генеративной состязательней сетью, а не только использует ее для постобработки. Текстовые запросы кодируются с помощью текстового кодировщика φ, который позволяет получить векторное представление слов. Затем применяется концепция условной генеративной состязательной сети (англ. Conditional Generative Adversarial Network, CGAN). Таким образом, описание, внедренное в φ(t) сначала сжимается с помощью полностью связанного слоя до небольшого размера (на практике было использовано 128), затем применяется функция активации Leaky ReLU и результат конкатенируется с вектором шума z.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Рисунок 1. Архитектура DCGAN.

Как только модель научилась генерировать правдоподобные изображения (рис. 2), она должна также научиться согласовывать их с текстовым описанием, и было бы неплохо, если бы она научилась оценивать, соответствуют ли изображения заданному описанию или нет. Модель должна неявно разделять два источника ошибок: нереалистичные образы (для любого текста) и реалистичные образы неправильного класса, которые не соответствуют текстовым признакам. Алгоритм обучения GAN был модифицирован таким образом, чтобы разделять эти источники ошибок. В дополнение к реальным/поддельным входным данным в дискриминатор во время обучения был добавлен третий тип входных данных, состоящий из реальных изображений с несовпадающим текстовым описанием, на которых дискриминатор должен обучиться оценивать поддельные изображения.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

  • Сгенерированные изображения птиц .

  • Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

    Сгенерированные изображения цветов .

    Рисунок 2. Пример результата работы GAN-CLS, GAN-INT и GAN-INT-CLS.

StackGAN

Составные генеративные состязательные сети (англ. Stacked Generative Adversarial Networks, StackGAN ) служат для генерации фотореалистичных изображений размера 256x256, заданных текстовыми описаниями. В данной модели трудная задача генерации изображения разлагается на более мелкие подзадачи с помощью процесса эскиз-уточнения (англ. sketch-refinement process). Таким образом, Stage-I GAN рисует примитивную форму и цвета объекта на основе данного текстового описания, получая изображения Stage-I с низким разрешением (рис. 5). Stage-II GAN принимает результаты Stage-I и текстовые описания в качестве входных данных и генерирует изображения высокого разрешения с фотореалистичными деталями. Он способен исправлять дефекты в результатах этапа I и добавлять более мелкие детали в процессе уточнения (англ. refinement process). Чтобы улучшить разнообразие синтезированных изображений и стабилизировать обучение CGAN, вводится техника условно-когнитивной регуляции (англ. Conditioning Augmentation), которая способствует плавности в обусловливающем многообразии.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 5. Архитектура StackGAN.

Вклад предлагаемого метода состоит в следующем:

  • Предлагается новая составная генеративная состязательная сеть для синтеза фотореалистичных изображений из текстовых описаний. Он разбивает сложную задачу генерации изображений с высоким разрешением на более мелкие подзадачи и значительно улучшает состояние дел. StackGAN впервые генерирует изображения с разрешением 256х256 пикселей с фотореалистичными деталями из текстовых описаний.
  • Предлагается техника Condition Augmentation для стабилизации обучения CGAN, а также для улучшения разнообразия генерируемых выборок.
  • Обширные качественные и количественные эксперименты демонстрируют эффективность дизайна модели в целом, а также влияние отдельных компонентов, которые предоставляют полезную информацию для разработки будущих условных моделей GAN.

Генератор Stage-II проектируется как сеть кодировщик-декодировщик с остаточными блоками. Что касается дискриминатора, его структура аналогична структуре дискриминатора Stage-I только с дополнительными блоками понижающей дискретизации, поскольку на этом этапе размер изображения больше.

Inception scores для сгенерированных изображений в тестовых наборах Caltech-UCSD, Oxford-102 и COCO
Набор данных Inception Score
Caltech-UCSD 3.70±0.04
Oxford-102 3.20±0.01
COCO 8.45±0.03

Для проверки метода были проведены обширные количественные и качественные оценки. Результаты работы модели сравниваются с двумя современными методами синтеза текста в изображение — GAN-INT-CLS и GAWWN (рис. 6).

  • Рисунок 6. Пример результата работы StackGAN.
  • Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

    Сгенерированные изображения птиц .

  • Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

    Сгенерированные изображения цветов .

FusedGAN

Для улучшения генерации изображений по описанию и получения контролируемой выборки, некоторые модели разделяют процесс генерации на несколько этапов. Например, в модели Attribute2Image раздельная генерации фона и переднего плана позволила получить контролируемую выборку (фиксируя фон и меняя основную сцену, и наоборот). В свою очередь модель FusedGAN может выполнять контролируемую выборку различных изображений с очень высокой точностью, что так же достигается путем разбиения процесса генерации изображений на этапы. В данной модели в отличие от StackGAN, где несколько этапов GAN обучаются отдельно с полным контролем помеченных промежуточных изображений, FusedGAN имеет одноступенчатый конвейер со встроенным StackGAN.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 19. Архитектура FusedGAN

Контролируемая выборка относится к процессу выборки изображений путем изменения таких факторов как стиль, фон и другие детали. Например, можно генерировать разные изображения, оставляя постоянным фон, или генерировать изображения в различных стилях, сохраняя остальной контекст неизменным. Основное преимущество данной модели состоит в том, что для обучения она может использовать полу-размеченные данные. Это означает, что помимо размеченных данных (изображение и его описание) для генерации изображений, модель может использовать изображения без текстового описания. Модель состоит из двух взаимосвязанных этапов (рис. 19):

  • На первом этапе с помощью GAN выполняется генерация изображений из случайного вектора, а также создаются признаки для стиля, в котором будет оформлено сгенерированное изображение на втором шаге.
  • На втором этапе CGAN генерирует окончательное изображение (то есть изображение, соответствующее описанию и стилю заданному на первом шаге), используя в качестве входных данных текстовое описание и данные полученные с первого шага.

Мs выступает в роли шаблона подавая дополнительные признаки на второй шаг генерации. Вследствие чего изображения сгенерированных птиц не только соответствуют описанию, но также сохраняют информацию о стиле. Поэтому вместо того, чтобы учиться с нуля, Gc строится поверх Мs, добавляя к нему стили с помощью текстового описания. Следует отметить, что в модели отсутствует явная иерархия, поэтому оба этапа могут обучаться одновременно, используя альтернативный метод оптимизации.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Рисунок 20. Сравнение FusedGAN с другими моделями

Для оценки качества генерируемых изображений с помощью FusedGAN, были отобраны 30 тысяч изображений и посчитано inception scores, используя предварительно обученную модель на тестовом наборе Caltech-UCSD. Данные сравнения приведены в таблице.

Модель Inception Score
GAN-INT-CLS 2.88±0.04
StackGAN-I 2.95±0.02
FusedGAN 3.00±0.03

ChatPainter

В предыдущих и последующих моделях для создания изображений используются текстовые описания. Однако они могут быть недостаточно информативными, чтобы охватить все представленные изображения, и модели будет недостаточно данных для того чтобы сопоставить объекты на изображениях со словами в описании. Поэтому в качестве дополнительных данных в модели ChatPainter предлагается использовать диалоги, которые дополнительно описывают сцены (пример рис. 16). Это приводит к значительному улучшению Inception score и качества генерируемых изображений в наборе данных MS COCO (Microsoft COCO dataset). Для создания нового набора данных с диалогами, были объединены описания представленные в наборе данных MS COCO, с данными из Visual Dialog dataset (VisDial) .

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Рисунок 15. Архитектура ChatPainter:

  1. Этап 1: модель генерирует изображение 64×64, по описанию и диалогу.
  2. Этап 2: модель генерирует изображение размером 256×256, на основе изображения сгенерированного на 1 этапе, а также описанию и диалогу
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 16. Пример работы ChatPainter.

Данная архитектура (рис. 15) опирается на модель StackGAN. StackGAN генерирует изображение в два этапа: на первом этапе генерируется грубое изображение 64×64, а на втором генерируется уже улучшенное изображение 256×256.

Формирование вектора текстовых описаний ϕt происходит путем кодирования подписей с помощью предварительно обученного кодировщика . Для генерации диалоговых вложений ζd используется два метода:

  • Нерекурсивный кодировщик — сжимает весь диалог в одну строку и кодирует его с помощью предварительно обученного кодировщика Skip-Thought[10].
  • Рекурсивный кодировщик — генерирует Skip-Thought векторы (англ. Skip-Thought Vectors)[11] для каждого сообщения в диалоге, а затем кодирует их двунаправленной рекуррентной нейронной сетью c LSTM.

Затем выходы описаний и диалогов объединяются и передаются в качестве входных данных в модуль аугментации данных (англ. Conditioning Augmentation, CA). Модуль CA нужен для получения скрытых условных переменных, которые передаются на вход генератору. Архитектура блоков (рис. 15) upsample, downsample и residual blocks сохраняется такой же, как и у исходного StackGAN

Результаты тестирования и сравнение модели ChatPainter с другими приведены в таблице. Из нее видно, что модель ChatPainter, которая получает дополнительную диалоговую информацию, имеет более высокий Inception score , в отличии от модели StackGAN. Кроме того, рекурсивная версия ChatPainter получилась лучше, чем нерекурсивная версия. Вероятно, это связано с тем, что в нерекурсивной версии кодировщик не обучается на длинных предложениях сворачивая весь диалог в одну строку.

Inception scores для сгенерированных изображений в тестовом наборе MS COCO
Модель Inception Score
StackGAN 8.45±0.03
ChatPainter (non-recurrent) 9.43±0.04
ChatPainter (recurrent) 9.74±0.02
AttnGAN 25.89±0.47

StackGAN++

Хотя генерирующие состязательные сети (GAN) показали замечательный успех в различных задачах, они все еще сталкиваются с проблемами при создании изображений высокого качества. Поэтому в данном разделе, во-первых, предлагается двухэтапная генеративная состязательная сетевая архитектура StackGAN-v1[12] для синтеза текста в изображение. Stage-I по-прежнему рисует примитивную форму и цвета сцены на основе заданного текстового описания, что дает изображения с низким разрешением. Stage-II все также принимает результаты этапа I и текстовое описание в качестве входных данных и генерирует изображения высокого разрешения с фотореалистичными деталями. Во-вторых, усовершенствованная многоэтапная генеративно-состязательная сетевая архитектура StackGAN-v2 предлагается как для условных, так и для безусловных генеративных задач. StackGAN-v2 состоит из нескольких генераторов и нескольких дискриминаторов, организованных в древовидную структуру (рис. 7); изображения в нескольких масштабах, соответствующие одной и той же сцене, генерируются из разных ветвей дерева. StackGAN-v2 демонстрирует более стабильное поведение при обучении, чем StackGAN-v1, за счет совместной аппроксимации нескольких распределений.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Рисунок 7.[12] Архитектура StackGAN++.

Несмотря на успех, GAN, как известно, сложно обучить. Тренировочный процесс обычно нестабилен и чувствителен к выбору гиперпараметров. При обучении GAN генерировать изображения с высоким разрешением (например, 256x256), вероятность того, что распределение изображений и распределение моделей будет совместно использовать один и тот же носитель в многомерном пространстве, очень мала. Более того, обычным явлением сбоя при обучении GAN является схлопывание мод распределения (англ. mode collapse), когда многие из сгенерированных выборок содержат одинаковый цвет или узор текстуры.

Предлагается продвинутая многоэтапная генеративно-состязательная сетевая архитектура StackGAN-v2 как для условных, так и для безусловных генеративных задач. StackGAN-v2 имеет несколько генераторов, которые разделяют между собой большинство своих параметров в древовидной структуре. Входные данные сети можно рассматривать как корень дерева, а изображения разного масштаба генерируются из разных ветвей дерева. Конечная цель генератора на самой глубокой ветви — создание фотореалистичных изображений с высоким разрешением. Генераторы в промежуточных ветвях имеют прогрессивную цель создания изображений от малых до больших для достижения конечной цели. Вся сеть совместно обучается аппроксимировать различные, но сильно взаимосвязанные распределения изображений в разных ветвях. Кроме того, используется регуляризация согласованности цвета (англ. color-consistency regularization), чтобы генераторы могли генерировать более согласованные образцы для разных масштабов.

Inception scores для сгенерированных изображений в тестовых наборах Caltech-UCSD, Oxford-102 и MS COCO
Набор данных StackGAN-v1 StackGAN-v2
Caltech-UCSD 3.70±0.04 4.04±0.05
Oxford-102 3.20±0.01 3.26±0.01
MS COCO 8.45±0.03 8.30±0.10

На основе этих генеративных моделей также изучалась условная генерация изображений. В большинстве методов используются простые условные переменные, такие как атрибуты или метки классов. Существуют также работы с изображениями для создания изображений, включая редактирование фотографий, перенос области и сверхвысокое разрешение. Однако методы сверхвысокого разрешения могут добавлять только ограниченное количество деталей к изображениям с низким разрешением и не могут исправить большие дефекты.

Введен термин регуляризации согласованности цвета, чтобы образцы, сгенерированные с одного и того же входа на разных генераторах, были более согласованными по цвету и, таким образом, улучшили качество сгенерированных изображений (рис. 8).

  • Рисунок 8. Пример результата работы StackGAN++.
  • Примеры результата работы для тестовых наборов Oxford-102 (крайние левые четыре столбца) и COCO (крайние правые четыре столбца).[12].

HTIS

В данном разделе предлагается новый иерархический подход к синтезу текста (Hierarchical Text-to-Image Synthesis, HTIS[13]) в изображение путем определения семантического макета. Вместо того, чтобы изучать прямое отображение текста в изображение, алгоритм разбивает процесс генерации на несколько шагов, на которых он сначала создает семантический макет из текста с помощью генератора макета и преобразует макет в изображение с помощью генератора изображений (рис. 9). Предлагаемый генератор компоновки постепенно создает семантическую компоновку от грубого к точному, генерируя ограничивающие рамки (англ. bounding box) объекта и уточняя каждую рамку, оценивая формы объектов внутри нее. Генератор изображений синтезирует изображение, обусловленное предполагаемым семантическим макетом, что обеспечивает полезную семантическую структуру изображения, совпадающего с текстовым описанием.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 9.[13] Архитектура HTIS.
  • Генератор рамок (англ. Box Generator) принимает в качестве входных данных вложения текста и генерирует грубую компоновку, комбинируя экземпляры объектов в изображении. Выходные данные генератора представляют собой набор ограничивающих рамок B1:T={B1,...,BT}, где каждая ограничивающая рамка Bt определяет местоположение, размер и метку категории t-го объекта.
  • Генератор фигур (англ. Shape Generator) берет набор ограничивающих рамок, созданных на предыдущем шаге, и предсказывает формы объектов внутри рамок. Результатом является набор двоичных масок M1:T={M1,...,MT}, где каждая маска Mt определяет форму переднего плана t-го объекта.
  • Генератор изображений (англ. Image Generator) принимает карту семантических меток M, полученную путем агрегирования масок по экземплярам, и текстовое описание в качестве входных данных, и генерирует изображение, переводя семантический макет в пиксели, соответствующие текстовому описанию.

Модель не только генерирует семантически более значимые изображения, но также позволяет автоматически аннотировать генерируемые изображения. Созданные изображения и процесс генерации под управлением пользователя путем изменения сгенерированного макета сцены.

Возможности предложенной модели были продемонстрированы на сложном наборе данных MS COCO. Оказывается, модель может существенно улучшить качество изображения, интерпретируемость вывода и семантическое выравнивание вводимого текста по сравнению с существующими подходами.

Inception scores для сгенерированных изображений в тестовом наборе MS COCO
Модель Inception Score
StackGAN 8.45±0.03
Рассматриваемая модель 11.46±0.09

Создание изображения из общего предложения «люди, едущие на слонах, идущих по реке» требует множества рассуждений о различных визуальных концепциях, таких как категория объекта (люди и слоны), пространственные конфигурации объектов (верховая езда), контекст сцены (прогулка по реке) и т. д., что намного сложнее, чем создание одного большого объекта, как в более простых наборах данных. Существующие подходы не привели к успеху в создании разумных изображений для таких сложных текстовых описаний из-за сложности обучения прямому преобразованию текста в пиксель из обычных изображений.

Поэтому вместо того, чтобы изучать прямое отображение текста в изображение, был предложен альтернативный подход, который строит семантический макет как промежуточное представление между текстом и изображением. Семантический макет определяет структуру сцены на основе экземпляров объектов и предоставляет детальную информацию о сцене, такую ​​как количество объектов, категорию объекта, расположение, размер, форму и выдает довольно неплохой результат (рис. 10).

  • Рисунок 10. Пример результата работы.
  • Сравнение HTIS[13].

AttnGAN

Общепринятый подход заключается в кодировании всего текстового описания в глобальное векторное пространство предложений (англ. global sentence vector). Такой подход демонстрирует ряд впечатляющих результатов, но у него есть главные недостатки: отсутствие четкой детализации на уровне слов и невозможность генерации изображений высокого разрешения. Эта проблема становится еще более серьезной при генерации сложных кадров, таких как в наборе данных COCO.

В качестве решения данной проблемы была предложена[14] новая генеративно-состязательная нейросеть с вниманием (англ. Attentional Generative Adversarial Network, AttnGAN), которая относится к вниманию как к фактору обучения, что позволяет выделять слова для генерации фрагментов изображения.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Рисунок 11.[14] Архитектура AttnGAN.

Модель состоит из нескольких взаимодействующих нейросетей (рис. 11):

  • Кодировщики текста (англ. Text Encoder) и изображения (англ. Image Encoder) векторизуют исходное текстовое описания и реальные изображения. В данном случае текст рассматривается в виде последовательности отдельных слов, представление которых обрабатывается совместно с представлением изображения, что позволяет сопоставить отдельные слова отдельным частям изображения. Таким образом реализуется механизм внимания (англ. Deep Attentional Multimodal Similarity Model, DAMSM).
  • Fca — создает сжатое представление об общей сцене на изображении, исходя из всего текстового описания. Значение C на выходе конкатенируется с вектором из нормального распределения Z, который задает вариативность сцены. Эта информация является основой для работы генератора.
  • Attentional Generative Network — самая большая сеть, состоящая из трех уровней. Каждый уровень порождает изображения все большего разрешения, от 64x64 до 256x256 пикселей, и результат работы на каждом уровне корректируется с помощью сетей внимания Fattn, которые несут в себе информацию о правильном расположении отдельных объектов сцены. Кроме того, результаты на каждом уровне проверяются тремя отдельно работающими дискриминаторами, которые оценивают реалистичность изображения и соответствие его общему представлению о сцене.

Благодаря модификациям нейросеть AttnGAN показывает значительно лучшие результаты, чем традиционные системы GAN. В частности, максимальный из известных показателей Inception Score для существующих нейросетей улучшен на 14,14% (с 3,82 до 4,36) на наборе данных Caltech-UCSD и улучшен на целых 170,25% (с 9,58 до 25,89)[15] на более сложном наборе данных COCO.

  • Рисунок 12. Пример результата работы AttnGAN.
  • Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
  • Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

    Во второй и третьей строке приведены по 5 наиболее используемых слов сетями внимания Fattn1 и Fattn2 соответственно[14].

  • Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

CVAE&GAN

Большинство существующих методов генерации изображения по тексту нацелены на создание целостных изображений, которые не разделяют передний и задний план изображений, в результате чего объекты искажаются фоном. Более того, они обычно игнорируют взаимодополняемость различных видов генеративных моделей. Данное решение[16] предлагает контекстно-зависимый подход к генерации изображения, который разделяет фон и передний план. Для этого используется взаимодополняющая связка вариационного автокодировщика и генеративно-состязательной нейросети.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 13.[16] Архитектура Stacking VAE and GAN.

VAE имеет более стабильный выход чем GAN без схлопывания мод распределения (англ. mode collapse), это можно использовать для достоверной подборки распределения и выявления разнообразия исходного изображения. Однако он не подходит для генерации изображений высокого качества, т. к. генерируемые VAE изображения легко размываются. Чтобы исправить данный недостаток архитектура включает два компонента (рис. 13):

  • Контекстно-зависимый вариационный кодировщик (англ. conditional VAE, CVAE) используется для захвата основной компоновки и цвета, разделяя фон и передний план изображения.
  • GAN уточняет вывод CVAE с помощью состязательного обучения, которое восстанавливает потерянные детали и исправляет дефекты для создания реалистичного изображения.

Полученные результаты проверки (рис.14) на 2 наборах данных (Caltech-UCSD и Oxford-102) эмпирически подтверждают эффективность предложенного метода.

  • Рисунок 14. Сравнение CVAE&GAN, StackGan и GAN-INT-CLS.
  • Сравнение CVAE&GAN, StackGAN и GAN-INT-CLS.[16]

MMVR

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 17.[17] Архитектура MMVR.

Модель мультимодальной векторной сети (англ. Multi-Modal Vector Representation, MMVR), впервые предложенная в статье[17], способна создавать изображения по описанию и генерировать описание исходя из предоставленного изображения. Она включает несколько модификаций для улучшения генерации изображений и описаний, а именно: вводится функция потерь на основе метрики N-грамм, которая обобщает описание относительно изображения; так же для генерации вместо одного используется несколько семантически сходных предложений, что так же улучшает создаваемые изображения.

Модель может быть разделена на два взаимозависимых модуля (рис. 17):

  • Генератор изображений на основе GAN с DeePSiM[18].
  • Генератор описаний изображений на основе Long-term Recurrent Convolutional Networks (LRCNs)[19].

Прямое распространение (англ. forward pass) инициируется путем передачи случайного скрытого вектора (англ. latent vector) ht в генератор изображений (G), который генерирует изображение x^. Затем по сгенерированной картинке генератор описаний создает подпись. Для определения ошибки между сгенерированным описанием y^ и исходным описанием y используется перекрестная энтропия на уровне слов. Она используется для итеративного обновления ht (заодно и x^), оставляя при этом все остальные компоненты фиксированными. С каждой итерацией y^ приближается к y, и сгенерированное изображение на каждом шаге x^ является временным представлением конечного изображения. Для улучшения реалистичности изображения используется кодировщик шумоподавления (англ. Denoising Autoencoder, DAE)[20] — в правило обновления добавляется ошибка восстановления изображения (англ. reconstruction error), вычисляемая как разница между ht и ht^.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 18.[17] Сравнение PPGN[20] и MMVR.

Обучение начинается с генерации случайного 4096-мерного вектора ht, который передается в модель для последующего итеративного обновления. Процесс завершается после 200 итераций, и полученное изображение считается репрезентативным для данного описания.

Inception scores для сгенерированных изображений в тестовом наборе MS COCO
Модель Inception Score
Plug and Play Generative Networks (PPGN)[20] 6.71±0.45
MMVR 7.22±0.81
MMVR (Nc=5) 8.30±0.78

MMVR (Nc) — модификация MMVR с несколькими текстовыми описаниями на изображение, где Nc — количество описаний.

MirrorGAN

Inception scores для сгенерированных изображений в тестовых наборах Caltech-UCSD и COCO
Модель Inception Score (Caltech-UCSD) Inception Score (COCO)
GAN-INT-CLS 2.88±0.04 7.88±0.07
GAWWN 3.70±0.04
StackGAN 3.62±0.07 8.45±0.03
StackGAN++ 3.82±0.06
PPGN[20] 9.58±0.21
AttnGAN 4.36±0.03 25.89±0.47
MirrorGAN 4.56±0.05 26.47±0.41

Генерация изображения из заданного текстового описания преследует две главные цели: реалистичность и семантическое постоянство. Несмотря на то, что существует значительный прогресс в создании визуально реалистичных изображений высокого качества посредством генеративных состязательных сетей, обеспечение вышепоставленных целей все еще является довольно сложной задачей. Для осуществления попытки их реализации рассмотрим text-to-image-to-text фреймворк с вниманием, сохраняющий семантику, под названием MirrorGAN[21]. Данный фреймворк, который из текстового описания генерирует изображение, использует идею обучения с помощью переописания (англ. redescription) и состоит из трех модулей:

  • Модуль встраивания семантического текста (англ. semantic text embedding module, STEM).
  • Глобально-локальный совместный модуль с вниманием для создания каскадных изображений (англ. global-local collaborative attentive module for cascaded image generation, GLAM).
  • Модуль регенерации семантического текста и выравнивания (англ. semantic text regener-ation and alignment module, STREAM).

STEM создает встраивания на уровне слов и предложений, GLAM имеет каскадную архитектуру создания результирующих изображений от грубых до детализированных, используя как внимание к локальным словам, так и к глобальным предложениям, чтобы прогрессивно совершенствовать семантическое постоянство и разнообразие у сгенерированных изображений, а STREAM стремится к восстановлению текстового описания созданного изображения, которое семантически схоже с заданным описанием.

Если изображение, сгенерированное с помощью T2I (text-to-image), семантически соответствует заданному описанию, его текстовое описание, созданное посредством I2T (image-to-text) должно семантически совпадать с заданным.

Чтобы обучать модель сквозным методом, будем использовать две состязательные функции потерь:

  1. Состязательная потеря в реалистичности: Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
  2. Состязательная потеря в семантическом постоянстве: Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Где Ii — сгенерированное на этапе i изображение, взятое из распределения pIi. Вдобавок, для эффективного использования двойного регулирования T2I и I2T, применим текстово-семантическую реконструированную функцию потерь, основанную на перекрестной энтропии: Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 21.[21] Архитектура MirrorGAN.

MirrorGan представляет собой зеркальную структуру, объединяя T2I и I2T. Чтобы сконструировать многоэтапный каскадный генератор, все три сети генерации изображений (STEM, GLAM и STREAM) необходимо объединить. В качестве архитектуры STREAM будем использовать довольно распространенный фреймворк создания текстового описания изображения (англ. image captioning framework), базирующийся на кодировании и декодировании. Кодировщик изображений — это сверточная нейронная сеть, предварительно обученная на ImageNet[22], а декодировщик — это рекуррентная нейронная сеть. Предварительное обучение STREAM помогло MirrorGAN достичь более стабильного процесса обучения и более быстрой сходимости, в то время, как их совместная оптимизация довольно нестабильна, занимает много места и долго работает. Структура кодировщик-декодировщик и соответствующие ей параметры фиксированы во время обучения других модулей MirrorGAN.

Обучая Gi, градиенты из Lstream обратно распространяются через STREAM в Gi, веса сетей которых остаются фиксированными. Финальная целевая функция генератора выглядит так:

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

где λ — вес потери для обработки участия состязательной потери (англ. adversarial loss) и потери текстово-семантической реконструкции (англ. text-semantic reconstruction loss). Для наилучшего качества генерации можно поставить коэффициент λ=20.

Показатель Inception Score был использован для измерения как объективности, так и разнообразия сгенерированных изображений. R-precision был использован для вычисления визуально-семантической схожести между сгенерированными изображениями и их соответствующими текстовыми описаниями.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Рисунок 22.[21] Сравнение MirrorGAN, AttnGAN и других генеративных состязательных сетей.

TextKD-GAN

Генерация текста представляет особый интерес во многих приложениях нейролингвистического программирования (англ. neuro-linguistic programming, NLP), таких как машинный перевод, моделирование языка и обобщение текста. Генеративные состязательные сети достигли замечательного успеха в создании высококачественных изображений в компьютерном зрении, и в последнее время они также вызвали большой интерес со стороны сообщества NLP. Однако достижение подобного успеха в NLP было бы более сложным из-за дискретности текста. В данной статье[23] вводится метод, использующий дистилляцию знаний (перенос знаний, усвоенных большой моделью (учителем), на меньшую модель (ученика)) для эффективного оперирования настройками сети.

TextKD-GAN представляет из себя решение для основного узкого места использования генеративных состязательных сетей для генерации текста с дистилляцией знаний — методом, переносящим знания смягченного вывода модели (учителя) в меньшую модель (ученика). Решение основано на автокодировщике (учителе), чтобы получить гладкое представление настоящего текста. Это представление затем подается в дискриминатор TextKD-GAN вместо обычного one-hot представления. Генератор (студент) пытается изучить многообразие смягченного гладкого представления автокодировщика. TextKD-GAN, в конечном итоге, будет превосходить обычный генератор текста на основе генеративных состязательных сетей, который не нуждается в предварительном обучении.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 27.[23] Модель TextKD-GAN для генерации текста.

В общепринятом текстовом распознавании, реальные и сгенерированные входные данные дискриминатора будут иметь разные типы (one-hot и softmax). Один из способов избежать этой проблемы состоит в получении непрерывно гладкого представление слов, а не one-hot представления, и обучении дискриминатора различать их. На рисунке 27 проиллюстрирована модель, в которой используется стандартный автокодировщик (учитель), чтобы заменить one-hot представление выходом, перестроенным softmax-функцией, который является представлением, дающим меньшую дисперсию градиентов. Как видно, вместо one-hot представления реальных слов смягченный преобразованный выход автокодировщика подается на вход дискриминатору. Эта техника значительно усложняет распознавание для самого дискриминатора. Генератор с softmax выходом пытается имитировать распределение выходного сигнала автокодировщика вместо обычного one-hot представления.

Обучение автокодировщика и TextKD-GAN происходит одновременно. Чтобы добиться этого, необходимо раздробить целевую функцию на три члена:

  1. Реконструирующий член для автокодировщика: Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
  2. Функция потерь для дискриминатора с градиентным штрафом (англ. discriminator loss function with gradient penalty): Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
  3. Состязательная стоимость (англ. adversarial cost) генератора: Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Эти функции потерь обучаются поочередно, чтобы оптимизировать различные части модели. В члене штрафа градиента необходимо посчитать норму градиента случайных выборок Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 28.[23] Дивергенция Дженсена-Шеннона (англ. Jensen-Shannon divergence, JSD) между сгенерированным и обучающимся предложениями (n-граммами) полученных из эксперимента SNLI[24] (Stanford Natural Language Inference, Стэнфордский Вывод Естественного Языка).

Obj-GAN

Объектно-управляемая генеративная состязательная сеть с вниманием (англ. Object-Driven Attentive Generative Adversarial Network, Obj-GAN) позволяет создавать изображения по описанию с учетом объектной компоновки. Объектно-управляемый генератор изображений, создает изображения на основе двухэтапной генерации. Сначала создается макет по наиболее значимым словам в текстовом описании, после этого генерируется изображение с полученной компоновкой объектов. А для сопоставления синтезируемых объектов с текстовым описанием и сгенерированным макетом, предлагается[25] новый объектный дискриминатор, основывающийся на Fast R-CNN[26]. В результате модификаций Obj-GAN значительно превосходит по производительности другие модели на наборе данных COCO, увеличивая показатель Inception score на 11% и уменьшая показатель FID (Fréchet inception distance) на 27%.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 23.[25] Архитектура Obj-GAN.
Inception score в тестовом наборе COCO
Модель Inception Score FID
Obj-GAN (pred box & pred shp) 27.32±0.40 24.70
Obj-GAN (gt box & pred shp) 28.22±0.35 22.67
Obj-GAN (gt box & gt shp) 31.01±0.27 17.03

Основная цель Obj-GAN — генерация качественных изображений с семантически значимым макетом и реалистичными объектами. Obj-GAN состоит из пары генератора изображений с вниманием, управляемый объектами, и пообъектного дискриминатора (англ. object-wise discriminator). Генератор изображений в качестве входных данных принимает текстовое описание и предварительно сгенерированный семантический макет (англ. semantic layout), по которым создает изображение с помощью процесса, заключающегося в поэтапном улучшении качества результирующего изображения. На каждом этапе генератор синтезирует фрагмент изображений внутри ограничивающей рамки (англ. bounding box), фокусируясь на наиболее релевантных объекту словах.

Говоря более конкретно, он, с использованием управляемого объектами слоя внимания, оперирует метками класса, запрашивая слова в предложениях, чтобы сформировать вектор контекстов, и впоследствии синтезирует фрагмент изображения при условиях метки и вектора контекстов. Пообъектный дискриминатор проверяет каждую ограничивающую рамку, чтобы удостовериться в том, что сгенерированный объект действительно может быть сопоставлен с заранее сгенерированным макетом. Чтобы вычислить все потери при распознавании для всех заданных ограничивающих рамок одновременно и эффективно, дискриминатор представляет из себя быструю сверточную нейронную сеть на основе регионов (англ. Fast Region-based Convolutional Neural Network, Fast R-CNN) с двоичной функцией потерь перекрестной энтропии для каждой рамки.


Рассмотрим архитектуру Obj-GAN. Первым этапом, генеративная состязательная сеть принимает текстовое предложение и генерирует семантический макет — последовательность объектов специфицированных соответствующими ограничивающими рамками (наряду с метками классов) и фигурами. Генератор рамок (англ. box generator) и генератор фигур (англ. shape generator) работают соответствующим образом, сначала создавая последовательность ограничивающих рамок, а затем — фигуру для каждой. Поскольку большинству рамок сопоставлены слова из данного текстового предложения, модель seq2seq с вниманием охватывает это соответствие. Далее конструируется Gshape, базированный на двунаправленной сверточной долгой краткосрочной памяти (англ. bidirectional convolutional long short-term memory, LSTM). Обучение Gshape основывается на фреймворке генеративной состязательной сети, в которой потеря восприятия используется для ограничения генерируемых фигур и стабилизирования обучения.

  • Рисунок 24. Сравнение результатов Obj-GAN с другими генеративными состязательными сетями.
  • Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

    Сравнение Obj-GAN[25]

  • Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

LayoutVAE

Модели, используемые для создания макетов сцен из текстовых описаний по большей части игнорируют возможные визуальные вариации внутри структуры, описываемой самим текстом.

Макетный вариационный автокодировщик (англ. Layout variational autoencoder, LayoutVAE) — фреймворк, базирующийся на вариационном автокодировщике для генерации стохастических макетов сцен (англ. stochastic scene layouts) — это программная платформа моделирования, позволяющая генерировать либо полные макеты изображений с заданным набором меток, либо макеты меток для существующего изображения с новой заданной меткой.

Рассмотрим задачу генерации сцен с описанием набора меток. Этот набор всего лишь предоставляет множество меток, присутствующих в данном изображении (без дополнительного описания взаимосвязи), заставляя модель изучать пространственные и подсчитываемые отношения (англ. spatial and count relationships) на основе визуальных данных.

Касательно вышеописанной задачи предлагаются следующие решения:

  • Модель стохастических генераций макетов сцен с заданным множеством меток, которая будет иметь две компоненты: моделирование распределений подсчитываемых отношений между объектами; моделирование распределений пространственных отношений между объектами.
  • Синтетический набор данных, MNIST-макеты, отражающие стохастическую природу генерации макета сцен.
  • Экспериментальная валидация моделей с использованием MNIST-макетов и наборов данных COCO, в которой содержатся сложные макеты сцен реального мира.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Рисунок 25.[27] Архитектура LayoutVAE.

В статье[27] были предложены фреймворки и структуры моделей, взаимодействующие с LayoutVE, такие как: PNP-Net — фреймворк вариационного автокодировщика для создания изображения из текстовой программы, которая полностью ее описывает (помимо того, что это стохастическая модель для генерации, она была протестирована на синтетических наборах данных с малым числом классов); LayoutGAN — модель, основанная на генеративных состязательных сетях, создающая макеты графических элементов (прямоугольники, треугольники, и так далее); фреймворк, базирующийся на вариационном автокодировщике, который кодирует объект и информацию о макете 3D-сцен в помещении в скрытом коде; и так далее...

Обучение генеративных моделей необходимо, чтобы предсказать разнообразные, но правдоподобные наборы ограничивающих рамок (англ. bounding boxes) bk,i=[xk,i,yk,i,wk,i,hk,i], учитывая набор меток в качестве входных данных. Рамки в наборе представлены верхними левыми координатами, шириной и высотой i-й ограничивающей рамки категории k. LayoutVAE декомпозируется на модель для предсказания количества для каждой заданной метки — CountVAE — и модель для предсказания местоположения и размера каждого объекта — BBoxVAE.

Имея набор меток L и количество объектов в категории {nm:mL}, BBoxVAE предсказывает распределение координат для ограничивающих рамок авторегрессионно. Мы следуем тому же предопределенному порядку меток, что и в CountVAE, в пространстве меток, и упорядочиваем ограничивающие рамки слева направо для каждой метки; сначала все ограничивающие рамки предсказываются для заданной метки, а уже потом происходит переход к следующей метке.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 26.[27] Генерация по множеству меток {person,sea,surfboard}.

MCA-GAN

Преобразование изображений перекрестным видом (англ. cross-view image translation) проблематично, поскольку оно оперирует изображениями со значительно отличающимися ракурсами и тяжелыми деформациями. В статье[28] о выборочной генеративной состязательной сети с мультиканальным вниманием (англ. Multi-Channel Attention Selection GAN, MCA-GAN) рассматривается подход, позволяющий делать возможным генерацию изображения, максимально приближенной к реальной, с произвольных ракурсах, основывающийся на семантическом отображении (англ. semantic mapping). Работа сети происходит в два этапа:

  1. Изображение и целевое семантическое отображение (англ. target semantic map) подаются на вход циклической семантически-управляемой генеративной сети (англ. cycled semantic-guided generation network) для получения начальных результатов.
  2. Начальные результаты уточняются, используя механизм мультиканального выделения внимания (англ. multi-channel attention selection mechanism).

Обширные эксперименты на наборах данных Dayton, CVUSA[29] и Ego2Top[30] показывают, что данная модель способна генерировать значительно более качественные результаты, чем другие современные методы.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 29.[28] Архитектура MCA-GAD.

На рисунке 29 проиллюстрирована структура сети. Первый этап, как было описано выше, состоит из каскадной семантически-управляемой генерацинной подсети, использующая изображения в одном представлении и условные семантические отображения в другом представлении в качестве входных данных и преобразующая эти изображения в другом представлении. Результирующие изображения далее подаются на вход семантическому генератору для восстановления исходного семантического отображения, формируя цикл генерации. Второй этап заключается в том, что грубый синтез (англ. coarse synthesis) и отображения глубоких характеристик объединяются и подаются на вход в модуль мультиканального выделения внимания, направленный на получение более детализированного синтеза (англ. fine-grained synthesis) из большего пространства генерации и создание отображений неопределенности (англ. uncertainty maps) для управления множественными потерями оптимизации (англ. optimization losses). Модуль мультиканального выделения внимания в свою очередь состоит из многомасштабного пространственного пулинга (англ. multiscale spatial pooling) и компоненты мультиканального выделения внимания (англ. multichannel attention selection component).

Поскольку между изначальным ракурсом и результирующим существует объемная деформация объекта и/или сцены, одномасштабная характеристика (англ. single-scale feature) вряд ли сможет захватить всю необходимую информацию о пространстве для детализированной генерации. Многомасштабный пространственный пулинг оперирует же другими значениями размера ядра и шага для выполнения глобального среднего пулинга (англ. global average pooling) на одних и тех же входных характеристиках, тем самым получая многомасштабные характеристики с отличающимися рецептивными полями (англ. receptive fields) для восприятия различных пространственных контекстов. Механизм мультиканального внимания позволяет осуществлять выполнение пространственного и временного отбора (англ. spatial and temporal selection), чтобы синтезировать конечный детализированный результат.

Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей
Рисунок 30.[28] Архитектура модуля мультиканального выделения внимания (англ. multi-channel attention selection module).
Синтез изображений и видео по тексту ИИ, обзор моделей

Рисунок 31 Преобразование изображения перекрестным видом.

Области применения

  • Создание контента и данных:
    • картинки для интернет-магазина;
    • аватары для игр;
    • видеоклипы, сгенерированные автоматически, исходя из музыкального бита произведения;
    • виртуальные ведущие.
  • Обучение систем на основе синтеза данных, возникающего в результате работы генеративных моделей:
    • генерация реалистичного видео городской среды.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

  • Порождающие состязательные сети (GAN)
  • Генерация объектов
  • Deepfake
  • Практики реализации нейронных сетей
  • Generative Adversarial Nets (GAN)
  • Автокодировщик
  • Вариационный автокодировщик
  • Генерация объектов
создано: 2021-04-10
обновлено: 2024-11-13
29



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Поделиться:

Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей

Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Нейронные сети

Термины: Нейронные сети