GAN相关：PAN（Perceptual Adversarial Network）/ 感知对抗网络

GAN相关：PAN（Perceptual Adversarial Network）/ 感知对抗网络

Perceptual Adversarial Networks for Image-to-Image Transformation

Chaoyue Wang et al

intro

首先介绍pixel-wise的图像任务。指出用传统的l1和l2 norm来进行计算会带来一些问题，比如丢失高频造成的模糊，或者丢失perceptual information导致的artifact。而GAN，cGAN可以较好地生成更真实的图片，也有将像素级的loss和GAN loss结合的方法。然后介绍了 perceptual loss，这种loss可以通过penalizing the discrepancy between extracted high-level features, these models are trained to transform the input image into the output which has same high-level features with the corresponding ground-truth. 也就是可以生成具有相同的高阶特征的图片，显然这个可以做风格迁移，也可以做artifact的压制。上述的所有loss都从不同方面惩罚了输出和真实图像之间的discrepancy，然而单一的loss还不够，所以需要多个loss结合起来。而perceptual loss的优点是，可以再各个方面进行优化，自动持续的寻找还没有被优化的discrepancy。 the perceptual adversarial loss provides a strategy to penalize the discrepancy between the output and ground-truth images from as many perspectives as possible。

所以作者在本文中的贡献在于：提出了principled perceptual adversarial loss ，利用判别器的隐层来评价output和groundtruth。另外，把pan loss 和gan loss结合，并且在各种image-to-image的任务下做了评估。

related work

传统的CNN做图像转换，应用了per-pixel 的loss以及其他的各种loss形式。并且做了许多任务，比如de-raining，de-snowing等等。GAN在最近得到了很好的发展。有些工作是为了更好的训练generator的，比如InfoGAN，WGAN，Energy-based GAN等，还有一些用GAN来解决经典问题，比如PGN用来做视频预测，SRGAN用来做超分辨率，ID-GAN做de-raining，以及iGAN做interactive application等等。当然还有最近的pix2pix-cGAN。

下面介绍的是perceptual loss。Therefore, high-level features extracted from hidden layers of a well-trained CNNs are introduced to optimize image generation models. 人们利用训练好的网络中的高层的信息，或者叫feature来提高生成质量。

methods

网络结构图：

作为GAN网络，GAN loss和传统的gan一样：min max E[logD(y)] + E[log(1-D(T(x)))] ，这里的T是Transform网络，D就是判别网络，x是输入，比如snowy，rainy，或者inpainting里用的缺少部分的图片，或者用来补全的图画的轮廓等。y是真是图像。

下面是perceptual loss，这个loss实际上就是对网络的高层的偏离的一个惩罚，因为我们任务高层网络含有知觉意义上的信息，或者说是类似语义上的信息。具体的操作就是：

上面的lambda是超参数，Pi是第i层的一个函数，计算T(x)和y的偏差，这里用了l1-norm。这样，最终的loss 函数就是：

T（就是G）和D的loss 函数分别代表的意义如下：T希望我们生成的图像能够在D的判决下更趋向于1，也就是True，而且希望T(x)和y的perceptual的距离更加接近。而D刚好相反，一方面希望两者尽量分开，另一方面希望两者perceptual距离更大。但是m是一个margin，超过了这一项就变成0，并且没有gradient了。

然后T网络的参数如下;

可以看到，这个T网络加跳线用的是concatenate拼接，而且最后一层用了tanh，leaky-relu只出现在某几层。还可以看到用了BN层。

然后这是D网络的结构：

下图是一些对参数的讨论：

上面的比较是针对不同的loss function，下面的是用把lambda向量中的某一项置1，其他置0而得到的perceptual loss function 来训练得到的结果，可以看出，对高层进行perceptual的约束可以更好的回复高频，但是会丢失颜色信息；而对低层约束可以注意颜色，却无法恢复细节，从而产生blurring。所以将不同层的约束integrate起来。

下面的是跟其他方法如IDGAN或者pix2pix的比较，就不放图了。。。

conclusion

这个PAN网络的一个主要的改进就是损失函数，把perceptual loss和gan相结合，得到了更好的效果。（之前的pix2pix是把l1 loss和gan loss相结合）

2018年03月27日16:52:53