Этот язык переведён машиной и не проверен человеком.

Искусственный интеллект · Статья

Как работает генерация изображений на основе ИИ: объяснение моделей диффузии

Опубликовано:

Коротко

Инструменты такие как DALL-E, Midjourney и Stable Diffusion создают изображения, используя модели диффузии: нейронные сети, обученные превращать изображение в случайный шум, а затем обращать этот процесс вспять. Чтобы сгенерировать новое изображение, сеть начинает с чистого шума и удаляет его пошагово, направляемая текстовым запросом, пока не появится связное изображение.

Эта версия — машинный перевод оригинала (English). Читать оригинал

Несколько генераторов изображений на основе ИИ, появившихся с 2022 года — включая DALL-E 2 от OpenAI, Midjourney и Stable Diffusion от Stability AI — построены на технике, называемой диффузией. Вместо того чтобы рисовать изображение штрихом за штрихом, эти системы учатся обращать математический процесс, который постепенно разрушает изображение шумом, а затем выполняют этот процесс в обратном направлении, начиная со случайного статического изображения.

Основная идея: обучение удалению шума

Модели диффузии для генерации изображений были формализованы в статье 2020 года «Denoising Diffusion Probabilistic Models» Джонатана Хо, Аджая Джейна и Питера Абиля, опубликованной в репозитории исследований arXiv. Метод, описываемый как вдохновленный неравновесной термодинамикой, работает в два этапа. На этапе «прямого прохода», используемого только во время обучения, к реальной фотографии добавляются небольшие количества случайного (гауссова) шума в течение многих шагов, пока изображение не станет неотличимо от статического. На этапе «обратного прохода» нейронная сеть обучается предсказывать и вычитать этот шум пошагово, пока исходное изображение не восстановится.

После обучения сеть больше не нуждается в реальной фотографии для начала. Она может начать с холста из чистого случайного шума и запустить те же самые операции удаления шума, которые она изучила во время обучения, создавая совершенно новое изображение, которого раньше не существовало. В статье 2020 года сообщалось, что на наборе данных CIFAR-10 их модель достигла высоких оценок качества изображения и на более крупных изображениях 256x256 соответствовала качеству образцов ProgressiveGAN, более ранней техники генерации, основанной на другой архитектуре.

Где работает нейронная сеть: U-Net и текстовое направление

Сеть, которая выполняет удаление шума, обычно представляет собой U-Net, тип архитектуры, который сжимает изображение для захвата общей структуры, а затем перестраивает его обратно в полное разрешение. В собственной технической документации Stable Diffusion на GitHub модель описывается как использующая U-Net с 860 миллионами параметров для выполнения процесса диффузии вместе с отдельным автокодером, который сжимает изображения в меньшее математическое представление и распаковывает результат обратно в полное изображение.

Чтобы следовать письменному запросу, система нуждается в способе связи слов с пикселями. Согласно той же документации Stable Diffusion, модель использует замороженный текстовый кодировщик CLIP ViT-L/14 — компонент, обученный отдельно для сопоставления текста и изображений — чтобы превратить запрос в числовое представление, которое направляет каждый шаг удаления шума, поэтому сеть удаляет шум таким образом, который направляет возникающее изображение к тому, что описывают слова.

Пиксельное пространство в сравнении со скрытым пространством: почему Stable Diffusion работает на ноутбуке

Не все модели диффузии работают одинаково внутри. Согласно статье MIT Technology Review от декабря 2022 года о развитии технологии, DALL-E 2 выполняет свой процесс удаления шума непосредственно на пиксельях полного разрешения, в то время как Stable Diffusion вместо этого работает с сжатым «скрытым» представлением изображения внутри нейронной сети — подход, который, по словам издания, позволил Stable Diffusion работать на обычных персональных компьютерах, а не требовать большой серверной инфраструктуры.

Если вы делаете это тысячу раз, в конце концов изображение выглядит так, как будто вы вырвали кабель антенны из телевизора — это просто помехи.

— Бьёрн Оммер, Университет Мюнхена, цитируется в MIT Technology Review, декабрь 2022

Репозиторий GitHub для Stable Diffusion, поддерживаемый исследовательской группой CompVis со Stability AI и Runway, указывает, что подход скрытой диффузии модели был построен на более ранней статье группы «High-Resolution Image Synthesis with Latent Diffusion Models», представленной на конференции CVPR 2022 по компьютерному зрению, и был обучен на изображениях из набора данных LAION-5B.

Как сравниваются основные генераторы изображений на основе диффузии

Генераторы изображений на основе диффузии, определившие 2022 год, согласно MIT Technology Review и документации GitHub
МодельОрганизацияЗапущеноПространство удаления шума
DALL-E 2OpenAIАпрель 2022Полные пиксели изображения
Imagen / PartiGoogleОбъявлено май 2022; не выпущено для широкой публики в то время, согласно MIT Technology ReviewНе детализировано в рассмотренных источниках
MidjourneyMidjourney, Inc.Лето 2022, согласно MIT Technology ReviewНе детализировано в рассмотренных источниках
Stable DiffusionCompVis / Stability AI / RunwayАвгуст 2022Сжатое представление скрытого пространства

MIT Technology Review сообщила, что DALL-E 2 достигла одного миллиона пользователей примерно через два с половиной месяца после запуска в апреле 2022 года, и что сервис DreamStudio компании Stable Diffusion превысил один миллион пользователей за менее чем половину этого времени после выпуска в августе 2022 года — цифры, которые издание привело в качестве свидетельства того, насколько быстро подход диффузии достиг массовой аудитории в этом году.

Что установили исследования 2020–2022 годов

Основной механизм — шум, добавляемый во время обучения, шум, удаляемый во время генерации, направляемый текстовым кодировщиком — сформировал основу основных генераторов изображений, появившихся в 2022 году, как описано в статье 2020 года Хо, Джейна и Абиля и в отчетности 2022 года и рассмотренной здесь документации. С тех пор отдельные компании наслаивали дополнительные компоненты, такие как более крупные U-Net, более крупные текстовые кодировщики или системы переписывания подсказок, поверх той же самой платформы диффузии.

Вопросы

Что такое модель диффузии в простых терминах?
Это нейронная сеть, обученная обращать процесс, который постепенно скрывает реальное изображение под случайным шумом; после обучения она может начать с чистого шума и удалять его пошагово для создания нового изображения, как описано в статье 2020 года «Denoising Diffusion Probabilistic Models» авторов Хо, Джейна и Абиля.
В чем разница между DALL-E 2 и Stable Diffusion?
Согласно MIT Technology Review, DALL-E 2 удаляет шум непосредственно на полных пикселях изображения высокого разрешения, в то время как Stable Diffusion удаляет шум из сжатого «скрытого» представления изображения, что, по словам документации GitHub компании Stability AI, позволяет ей работать на потребительских GPU вместо большой серверной инфраструктуры.
Как текстовый запрос на самом деле направляет генерацию изображения?
Согласно документации GitHub Stable Diffusion, отдельный компонент, называемый текстовым кодировщиком (CLIP ViT-L/14 в этой модели), преобразует запрос в числовое представление, на которое консультируется сеть удаления шума на каждом шаге, толкая возникающее изображение к тому, что описывают слова.
Когда генераторы изображений на основе диффузии стали доступны в 2022 году?
MIT Technology Review документирует временную шкалу 2022 года: DALL-E 2 запустился в апреле; Google объявила об Imagen и Parti в мае без их публичного выпуска; Midjourney запустился летом; и открытый исходный код Stable Diffusion запустился в августе.
Что такое U-Net и почему модели диффузии его используют?
U-Net — это архитектура нейронной сети, которая выполняет пошаговое удаление шума; собственная техническая документация Stable Diffusion описывает его версию как U-Net с 860 миллионами параметров, работающий вместе с автокодером, который сжимает и распаковывает изображение.

Источники

  1. arXiv — Ho, Jain, Abbeel, 'Denoising Diffusion Probabilistic Models' (2020)
  2. GitHub (CompVis) — Stable Diffusion repository and technical documentation
  3. MIT Technology Review — 'Generative AI is changing everything. But what's left when the hype is gone?' (December 2022)

Этот материал подготовлен с помощью искусственного интеллекта и перед публикацией прошёл автоматическую проверку источников. Если вы заметили ошибку, запросите исправление. Запросить исправление или ответ · Как мы работаем

Похожие материалы