AI繪圖 GPT-3、Stable Diffusion一起助攻，讓模型「聽懂」修圖需求

擴散模型大紅之後，很多人將注意力放到了如何利用更有效的 prompt 產生自己想要的圖像。在對於一些 AI 作畫模型的不斷嘗試中，人們甚至總結出了讓 AI 好好出圖的關鍵字經驗：

也就是說，如果掌握了正確的 AI 話術，作圖品質提升效果將非常明顯。 

另外，還有一部分研究者在往另一個方向努力：如何用說的，就把一幅畫改成我們想要的樣子。 

前段時間，有一項來自Google研究院等機構的研究。只要說出你想讓一幅圖變成什麼樣子，它就能基本滿足你的要求，產生照片等級的圖像，例如讓一隻小狗坐下： 

這裡給模型的輸入描述是「一隻坐下的狗」，但是按照人們的日常交流習慣，最自然的描述應該是「讓這隻狗坐下」。有研究者認為這是一個應該最佳化的問題，模型應該更符合人類的語言習慣。 

最近，來自 UC 柏克萊的研究團隊提出了一種根據人類指令編輯圖像的新方法 InstructPix2Pix：給定輸入圖像和告訴模型要做什麼的文本描述，模型就能遵循描述指令來編輯圖像。 

▲ 論文下載網址：InstructPix2Pix: Learning to Follow Image Editing Instructions

例如，要把畫中的向日葵換成玫瑰，你只需要直接對模型說「把向日葵換成玫瑰」： 

為了獲得訓練資料，該研究將兩個大型預訓練模型——語言模型 (GPT-3) 和文本到圖像產生模型 (Stable Diffusion) 結合起來，產生圖像編輯示例的大型成對訓練資料集。研究者在這個大型資料集上訓練了新模型 InstructPix2Pix，並在推理時泛化到真實圖像和使用者編寫的指令上。 

InstructPix2Pix 是一個條件擴散模型，給定一個輸入圖像和一個編輯圖像的文本指令，它就能產生編輯後的圖像。該模型直接在前向傳播（forward pass）中執行圖像編輯，不需要任何額外的示例圖像、輸入 / 輸出圖像的完整描述或每個示例的微調，因此該模型僅需幾秒就能快速編輯圖像。 

儘管 InstructPix2Pix 完全是在合成示例（即 GPT-3 產生的文本描述和 Stable Diffusion 產生的圖像）上進行訓練的，但該模型實現了對任意真實圖像和人類編寫文本的零樣本泛化。該模型支援直觀的圖像編輯，包括替換物件、更改圖像風格等等。 

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方法概覽 

研究者將基於指令的圖像編輯視為一個監督學習問題：首先，他們產生了一個包含文本編輯指令和編輯前後圖像的成對訓練資料集（圖 2a-c)，然後在這個產生的資料集上訓練了一個圖像編輯擴散模型（圖 2d）。儘管訓練時使用的是產生的圖像和編輯指令，但模型仍然能夠使用人工編寫的任意指令來編輯真實的圖像。下圖 2 是方法概述。 

產生一個多模態訓練資料集

在資料集產生階段，研究者結合了一個大型語言模型（GPT-3）和一個文本轉圖像模型（Stable Diffusion）的能力，產生了一個包含文本編輯指令和編輯前後對應圖像的多模態訓練資料集。這一過程包含以下步驟： 

• 微調 GPT-3 以產生文本編輯內容集合：給定一個描述圖像的 prompt，產生一個描述要進行的更改的文本指令和一個描述更改後圖像的 prompt（圖 2a）； 
• 使用文本轉圖像模型將兩個文本 prompt（即編輯之前和編輯之後）轉換為一對對應的圖像（圖 2b）。 

InstructPix2Pix 

研究者使用產生的訓練資料來訓練一個條件擴散模型，該模型基於 Stable Diffusion 模型，可以根據書面指令編輯圖像。 

擴散模型學習透過一系列估計資料分佈分數（指向高密度資料的方向）的去噪自編碼器來產生資料樣本。Latent diffusion 透過在預訓練的具有編碼器圖片和解碼器圖片的變分自編碼器的潛空間中操作來提高擴散模型的效率和品質。 

對於一個圖像 x，擴散過程向編碼的 latent 圖片 中添加雜訊，它產生一個有雜訊的 latent z_t，其中雜訊水準隨時間步 t∈T 而增加。研究者學習一個網路圖片，它在給定圖像調節 C_I 和文本指令調節 C_T 的情況下，預測加入到帶噪 latent z_t 中的雜訊。研究者將以下 latent 擴散目標最小化： 

此前，曾有研究（Wang et al.）表明，對於圖像翻譯（image translation）任務，尤其是在成對訓練資料有限的情況下，微調大型圖像擴散模型優於從頭訓練。因此在新研究中，作者使用預訓練的 Stable Diffusion checkpoint 初始化模型的權重，利用其強大的文本到圖像產生能力。 

為了支援圖像調節，研究人員向第一個卷積層添加額外的輸入通道，連接 z_t 和圖片。擴散模型的所有可用權重都從預訓練的 checkpoint 初始化，同時在新添加的輸入通道上運行的權重被初始化為零。作者在這裡重用最初用於 caption 的相同的文本調節機制，而沒有將文本編輯指令 c_T 作為輸入。

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實驗結果 

在下面這些圖中，作者展示了他們新模型的圖像編輯結果。這些結果針對一組不同的真實照片和藝術品。新模型成功地執行了許多具有挑戰性的編輯，包括替換物件、改變季節和天氣、替換背景、修改材料屬性、轉換藝術媒介等等。 

研究人員將新方法與最近的一些技術，如 SDEdit、Text2Live 等進行了比較。新模型遵循編輯圖像的說明，而其他方法（包括基準方法）需要對圖像或編輯層進行描述。因此在比較時，作者對後者提供「編輯後」的文本標注代替編輯說明。作者還把新方法和 SDEdit 進行定量比較，使用兩個衡量圖像一致性和編輯品質的指標。最後，作者展示了產生訓練資料的大小和品質如何影響模型性能的消融結果。 

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