生成对抗网络GAN系列(六)--- CycleGAN---文末附代码

生成对抗网络GAN系列(六)--- CycleGAN---文末附代码_第1张图片

Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks

---文末附代码

Jun-Yan Zhu      Taesung Park          Phillip Isola             Alexei A. Efros

Berkeley AI Research (BAIR) laboratory, UC Berkeley

1.概述

 

本篇提出的cycleGAN其实也是在做image to image translation,之前已经有较为成功的网络pix2pix了(其实是同一个团队的人做的),本篇论文的出发点和pix2pix的不同在于:

①pix2pix网络要求提供 image pairs,也即是要提供x和y,整个思路为:从噪声z,根据条件x,生成和真实图片y相近的y’。条件x和图像y是具有一定关联性的!

而本篇cycleGAN不要求提供pairs如题目中所说:Unpaired。因为成对的图像数据集其实并不多。这里的XY不要求有什么较好的关联性,可以是毫不相干的两幅图像。

对比关系如下:

生成对抗网络GAN系列(六)--- CycleGAN---文末附代码_第2张图片

 

2.核心思想

从X生成Y,再从Y生成回X,如此循环往复,故名为cycleGAN

生成对抗网络GAN系列(六)--- CycleGAN---文末附代码_第3张图片

3.具体实现

两个Generator网络:G和F

两个Discriminator网络,Dx和Dy,如下图:

生成对抗网络GAN系列(六)--- CycleGAN---文末附代码_第4张图片

①所以Adversarial Loss有两部分,

因为是要对两个D和G进行优化:

生成对抗网络GAN系列(六)--- CycleGAN---文末附代码_第5张图片

②另外还有一个Cycle Consistency Loss

这个说直白一点,就是希望:从X生成Y’再重新生成的X’,能够接近X:

此过程得到的称为forward cycleloss

此过程得到的称为backward cycleloss

采用的L1损失函数:

总得损失函数就是:

补充!!!!!!

在作者给的代码中,还加入了一个identity loss!!!也有两部分:

详细点说:

本来我要从X经过G生成fake_Y,

但如果我把Y输入进G呢?它还是应该生成fake_Y,我们可以称为fake_Y2;

也就是说,本来生成器G是用来生成Y这种风格的图像的,如果输入本身就是Y,那么就更应该生成Y这个图像了,

这就是要让这个生成器G能够做到identity mapping,所以可以计算fake_Y2和输入Y的L1-loss,称之为identity-loss;

 

同理,对于生成器F,如果输入Y,就会生成fake_X;

但如果我把X输入F,那么就得到fake_X2,也要让生成器F具备identity mapping的能力;

计算二者的L1-loss,也是作为identity-loss的一部分

所以总得来说,可以参考如下图:

生成对抗网络GAN系列(六)--- CycleGAN---文末附代码_第6张图片

 

生成对抗网络GAN系列(六)--- CycleGAN---文末附代码_第7张图片

4.网络结构

Generator采用的是Perceptual losses for real-time style transfer and super-resolution 一文中的网络结构;

简而言之,就是一个resblock组成的网络,降采样部分采用stride 卷积,增采样部分采用反卷积;

注意采用的是instance normalization

Discriminator采用的仍是pix2pix中的PatchGANs结构,大小为70x70

详细结构参考代码

5.一些实验细节:

①具体的损失函数采用的不是log而是 least-squares loss,具体来说:

生成对抗网络GAN系列(六)--- CycleGAN---文末附代码_第8张图片

关于采用此损失函数的好处,在我的此系列中第(四)篇博文中讲过,即是LSgan

②为了减少震荡,使用历史生成图片而不是最新生成图片来进行D的训练。具体为缓存50张历史生成图像;

③令λ = 10 ,使用Adam优化,base learning rate = 0.0002. We keep the same learning  rate for the first 100 epochs and linearly decay the rate to zero over the next 100 epochs.

 

6.代码:

我自己复现的精简版pytorch代码:

https://github.com/TeeyoHuang/CycleGAN-pytorch

论文作者写的pytorch版本的代码:

https://github.com/junyanz/pytorch-CycleGAN-and-pix2pix

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