多层次生成对抗网络的动画头像生成方法研究

现有的动画图像生成方法存在合成图像多样性缺失、局部纹理不清晰、样本方差较小,难以根据细节描述进行生成的问题.基于堆叠式生成对抗网络(StackGAN++)的思想,结合辅助分类器,提出改进模型ACM-GAN(auxiliary classification atteched multi-level generative ...     

一种基于谱归一化的两阶段堆叠结构生成对抗网络的文本生成图像模型

文本生成图像是机器学习领域非常具有挑战性的任务，虽然目前已经有了很大突破，但仍然存在模型训练不稳定以及梯度消失等问题。针对这些不足，在堆叠生成对抗网络（StackGAN）基础上，提出一种结合谱归一化与感知损失函数的文本生成图像模型。首先，该模型将谱归一化运用到判别器网络中，将每层网络梯度限制在固定范围内，相对减缓判别器网络的收敛速度，从而提高网络训练的稳定性；其次，将感知损失函数添加到生成器网络中，增强文本语义与图像内容的一致性。使用Inception score评估所提模型生成图像的质量。实验结果表明，该模型与原始StackGAN相比，具有更好的稳定性且生成图像更加逼真。     

基于二分生成对抗网络的图像翻译

翻译算法自从提出以来受到研究者的广泛关注,基于生成对抗网络的图像翻译方法在图片风格转化、图像修复、超分辨率生成等领域得到广泛应用。针对生成对抗网络图像翻译方法框架过于庞大的缺点,提出了一种改进的生成对抗网络算法:二分生成对抗网络(BGAN)。BGAN引入二分生成器结构代替双生成器-判别器结构,神经网络模型相比以往方法资源消耗更少。实验结果表明,BGAN与其他图像翻译算法相比而言,生成的图样样本更清晰、质量更好。     

基于生成对抗网络的多聚焦图像融合

多聚焦图像融合能够融合同一场景下具有不同聚焦部分的一系列图像.为了克服多聚焦图像融合模糊特征提取中存在的不足,提出一种基于U-Net的生成对抗网络模型.首先,生成器采用U-Net和SSE对多聚焦图像的特征进行提取,并完成图像融合;其次,判别器采用卷积层对已知的融合结果和生成器生成的融合图像进行分辨;然后,损失函数采用生成器的对抗损失、映射损失、梯度损失、均方误差损失和判别器对抗损失对生成网络进行参数调节;最后,将生成器、判别器和损失函数组成生成对抗网络模型,并进行实验.Pascal VOC2012数据集作为生成对抗网络的训练集,包括近焦图像、远焦图像、映射图像和融合图像.实验结果证明,该生成对抗网络模型能够有效地提取多聚焦图像中的模糊特征,且融合图像在互信息、相位一致性和感知相似性等方面表现优异.     

基于双判别器生成对抗网络的遮挡人脸图像修复算法

对于当前遮挡人脸图像修复中,大多存在修复后人脸图像不连续、纹理模糊及网络训练过中存在模型崩溃等问题,针对这些问题提出了一种基于双判别器生成对抗网络的图像修复方法。该方法在全局判别器的基础上引入局部判别网络,以保证局部修复结果与周围区域的一致性;将encoder-decoder结构的卷积神经网络作为生成器,并在层间加入跳跃连接,从而提高模型对结构信息的预测能力;在判别器中引入Wasserstein距离,并添加梯度惩罚来训练两个判别模型,最终利用泊松图像编辑得到更加真实自然的修复结果。在CelebA人脸数据集上进行验证,实验结果表明该方法相较于所对比的文献模型具有更好的修复效果。     

生成对抗网络研究综述

自生成对抗网络GAN提出以后,现这一方向已成为人工智能方向的研究热点.GAN的思想采用二人零和博弈方法,由生成器和判别器构成,生成器负责生成样本分布,判别器则判别输入是真实样本还是生成样本,生成器和判别器不断交互优化,最终达到最优效果.GAN模型的提出无疑是很新颖的,但也存在很多缺点,比如梯度消失问题、模式崩溃等.随着研究的深入,GAN不断优化扩展,GAN的衍生模型也层出不穷.GAN可应用于不同领域,主要为计算机图像和视觉领域,在图像领域有着突出的效果,能生成高分辨率逼真的图像,能对图像进行修复、风格迁移等,也能生成视频并进行预测等.GAN也能生成文本,可以进行对话生成、机器翻译、语音生成等.同时,GAN在其他领域也有涉及,比如生成音乐、密码破译等.但是GAN在其他领域的应用效果并不显著,那么,如何提高GAN在其他领域的应用效果将值得深入研究,使生成对抗网络在人工智能方面大放异彩.     

基于生成对抗网络的图像修复算法

为解决当前基于生成对抗网络的深度学习网络模型在面对较复杂的特征时存在伪影、纹理细节退化等现象, 造成视觉上的欠缺问题, 提出了连贯语义注意力机制与生成对抗网络相结合的图像修复改进算法. 首先, 生成器使用两阶段修复方法, 用门控卷积替代生成对抗网络的普通卷积, 引入残差块解决梯度消失问题, 同时引入连贯语义注意力机制提升生成器对图像中重要信息和结构的关注度; 其次, 判别器使用马尔可夫判别器, 强化网络的判别效果, 将生成器输出结果进行反卷积操作得到最终修复后的图片. 通过修复结果以及图像质量评价指标与基线算法进行对比, 实验结果表明, 该算法对缺失部分进行了更好地预测, 修复效果有了更好的提升.     

局部可视对抗扰动生成方法

深度神经网络极易受到局部可视对抗扰动的攻击.文中以生成对抗网络为基础,提出局部可视对抗扰动生成方法.首先,指定被攻击的分类网络作为判别器,并在训练过程中固定参数不变.再构建生成器模型,通过优化欺骗损失、多样性损失和距离损失,使生成器产生局部可视对抗扰动,并叠加在不同输入样本的任意位置上攻击分类网络.最后,提出类别比较法,分析局部可视对抗扰动的有效性.在公开的图像分类数据集上实验表明,文中方法攻击效果较好.     

嵌入自注意力机制的美学特征图像生成方法

针对生成的图像结构单一,细节特征不够丰富,导致美观感不足等问题,提出了一种嵌入自注意力机制的美学特征图像生成方法.为了增加生成图像的美学特征,研究图像美学评价标准与生成模型之间的关联性,定义了基于美学分数的美学损失函数;为保证生成图像与真实图像在语义内容上的一致性,加入VGG网络,构造内容损失函数,采用Charbonnier损失代替L1损失,并将美学损失、内容损失和进化生成对抗网络的对抗损失以加权形式组合,引导与优化图像的生成.在生成器和判别器中引入自注意力机制模块,并将密集卷积块加入生成器自注意力机制模块之前,充分提取特征,有利于自注意力机制高效获取更多特征内部的全局依赖关系,促使生成图像细节清晰,纹理特征丰富.在Cifar10、CUHKPQ两个数据集上的实验结果表明该方法在提升图像美学效果方面是有效的,其弗雷歇距离值相较于进化生成对抗网络分别提高了3.21和5.44,图像美学分数值相较于进化生成对抗网络分别提高了0.75和0.88.     

基于深度卷积生成对抗网络的图像生成

图像生成是虚拟现实技术(virtual reality,VR)中的重要技术手段,针对传统图片生成方法需要大量的数据集进行训练,且生成的图片轮廓不清晰等问题,采用基于深度卷积神经网络和生成对抗网络来实现图片的生成。为了保证生成图片的真实性和完整性,在图片生成阶段引入变分自编码器,通过编码器获取到输入图片数据的均值和方差,将图片对应的隐藏变量转化为标准的高斯分布,然后通过生成器生成新的图片;在识别阶段,采用深度卷积神经网络训练判别器,将生成的新的图片输入到已经训练好的判别器中,运用梯度下降法计算损失函数,不断优化整体系统模型。通过对MNIST图像数据集的训练,实验表明该方法能生成质量较高的图片,它生成的图像无法用肉眼与真实数据区分开,并且在不同网络条件下都有较高的识别率。该方法提高了MNIST生成模型的技术水平。     

基于多层次分辨率递进生成对抗网络的文本生成图像方法

针对文本生成图像任务存在生成图像有目标结构不合理、图像纹理不清晰等问题，在注意力生成对抗网络（AttnGAN）的基础上提出了多层次分辨率递进生成对抗网络（MPRGAN）模型。首先，在低分辨率层采用语义分离-融合生成模块，将文本特征在自注意力机制引导下分离为3个特征向量，并用这些特征向量分别生成特征图谱；然后，将特征图谱融合为低分辨率图谱，并采用mask图像作为语义约束以提高低分辨率生成器的稳定性；最后，在高分辨率层采用分辨率递进残差结构，同时结合词注意力机制和像素混洗来进一步改善生成图像的质量。实验结果表明，在数据集CUB-200-2011和Oxford-102上，所提模型的IS分别达到了4.70和3.53，与AttnGAN相比分别提高了7.80%和3.82%。MPRGAN模型能够在一定程度上解决结构生成不稳定的问题，同时其生成的图像也更接近真实图像。     

基于条件Wassertein生成对抗网络的图像生成

生成对抗网络（GAN）能够自动生成目标图像,对相似地块的建筑物排布生成具有重要意义。而目前训练模型的过程中存在生成图像精度不高、模式崩溃、模型训练效率太低的问题。针对这些问题,提出了一种面向图像生成的条件Wassertein生成对抗网络（C-WGAN）模型。首先,该模型需要识别真实样本和目标样本之间特征对应关系,然后,根据所识别出的特征对应关系进行目标样本的生成。模型采用Wassertein距离来度量两个图像特征之间分布的距离,稳定GAN训练环境,规避模型训练过程中的模式崩溃,从而提升生成图像的精度和训练效率。实验结果表明,与原始条件生成对抗网络（CGAN）和pix2pix模型相比,所提模型的峰值信噪比（PSNR）分别最大提升了6.82%和2.19%;在训练轮数相同的情况下,该模型更快达到收敛状态。由此可见,所提模型不仅能够有效地提升图像生成的精度,而且能够提高网络的收敛速度。     

基于多层次分辨率递进生成对抗网络的文本生成图像方法

针对文本生成图像任务存在生成图像有目标结构不合理、图像纹理不清晰等问题,在注意力生成对抗网络（AttnGAN）的基础上提出了多层次分辨率递进生成对抗网络（MPRGAN）模型。首先,在低分辨率层采用语义分离-融合生成模块,将文本特征在自注意力机制引导下分离为3个特征向量,并用这些特征向量分别生成特征图谱;然后,将特征图谱融合为低分辨率图谱,并采用mask图像作为语义约束以提高低分辨率生成器的稳定性;最后,在高分辨率层采用分辨率递进残差结构,同时结合词注意力机制和像素混洗来进一步改善生成图像的质量。实验结果表明,在数据集CUB-200-2011和Oxford-102上,所提模型的IS分别达到了4.70和3.53,与AttnGAN相比分别提高了7.80%和3.82%。MPRGAN模型能够在一定程度上解决结构生成不稳定的问题,同时其生成的图像也更接近真实图像。     

DFM-GAN网络在跨年龄模拟的人脸识别技术研究

针对年龄变化对人脸识别率影响的问题,结合生成式对抗网络（Generative Adversarial Network,GAN）与深度特征迁移提出一种跨年龄人脸生成方法DFM-GAN（Depth Feature Migration GAN）,并进行跨年龄模拟人脸验证实验研究。首先通过卷积编码器将真实样本映射到特征向量,然后利用反卷积生成器将向量投影到独热编码年龄条件下的人脸集合,通过在特征空间中迁移数据库样本人脸纹理风格、语义特点等属性,模拟生成待检人员在不同年龄段的面部图像,减少与数据库样本之间的差异性。同时通过高斯边缘模糊的方法对样本数据集做预处理,引入边缘提升对抗损失函数,使生成图像具有更为清晰的边缘,对生成图像进行局部颜色直方图匹配,增加对比度,达到提高跨年龄人脸识别性能的目的。进行了单样本不同年龄实验与指定年龄多样本实验,以人脸相似度与人脸距两项指标进行实验测量,结果表明：跨年龄数据样本经过DFM-GAN生成后的人脸图像,相似度平均提高了19.24个百分点,人脸距离平均减少了0.451,在跨年龄人脸识别方向具有较好的可行性和一定的实际意义。     

基于增强生成器条件生成对抗网络的单幅图像去雾

大气中烟雾等粒子的存在会导致肉眼捕获场景的能见度降低。大多数传统的去雾方法都是预期估计雾霾场景的透射率、大气光,并利用大气散射模型恢复无雾图像。这些方法尽管取得了显著进展,但由于过分依赖苛刻的先验条件,在缺乏相应先验条件下的去雾效果并不理想。因此,提出一种端到端的一体化除雾网络,使用增强生成器的条件生成对抗网络（CGAN）直接恢复无雾图像。生成器端以U-Net作为基础架构,通过“整合-加强-减去”的促进策略,用一个简单有效的增强解码器,增强解码器中特征的恢复。另外,加入了多尺度结构相似性（MS-SSIM）损失函数,增强图像的边缘细节恢复。在合成数据集和真实数据集上的实验中,该模型的峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）明显优于传统的暗通道先验（DCP）、一体化除雾网络（AOD-Net）、渐进式特征融合网络（PFFNet）、条件Wasserstein生成对抗网络（CWGAN）去雾模型。实验结果表明,相较于对比算法,所提网络能够恢复出更接近于地面真相的无雾图像,除雾效果更优。     

基于仲裁机制的生成对抗网络改进算法

针对深度卷积生成对抗网络（DCGAN）中的对抗训练缺乏灵活性以及DCGAN所使用的二分类交叉熵损失（BCE loss）函数存在优化不灵活、收敛状态不明确的问题,提出了一种基于仲裁机制的生成对抗网络（GAN）改进算法,即在DCGAN的基础上引入了所提出的仲裁机制。首先,所提改进算法的网络结构由生成器、鉴别器和仲裁器组成;然后,生成器与鉴别器会根据训练规划进行对抗训练,并根据从数据集中感知学习到的特征分别强化生成图像以及辨别图像真伪的能力;其次,由上一轮经过对抗训练的生成器和鉴别器与度量分数计算模块一起组成仲裁器,该仲裁器将度量生成器与鉴别器对抗训练的结果,并反馈到训练规划中;最后,在网络结构中添加获胜限制以提高模型训练的稳定性,并使用Circle loss函数替换BCE loss函数,使得模型优化过程更灵活、收敛状态更明确。实验结果表明,所提算法在建筑类以及人脸数据集上有较好的生成效果,在LSUN数据集上,该算法的FID指标相较于DCGAN原始算法下降了1.04%;在CelebA数据集上,该算法的IS指标相较于DCGAN原始算法提高了4.53%。所提算法生成的图像具有更好的多样性以及更高的质量。     

基于生成对抗网络的信息隐藏方案

针对信息隐藏中含密载体会留有修改痕迹,从根本上难以抵抗基于统计的隐写分析算法检测的问题,提出一种基于生成对抗网络（GAN）的信息隐藏方案。该方案首先利用生成对抗网络中的生成模型G以噪声为驱动生成原始载体信息;其次,使用±1嵌入算法,将秘密消息嵌入到生成的载体信息中生成含密信息;最终,将含密信息与真实图像样本作为生成对抗网络中判别模型D的输入,进行迭代优化,同时使用判别模型S来检测图像是否存在隐写操作,反馈生成图像质量的特性,G&D&S三者在迭代过程中相互竞争,性能不断提高。该方案所采用的策略与SGAN（Steganographic GAN）和SSGAN（Secure Steganography based on GAN）两种方案不同,主要区别是将含密信息与真实图像样本作为判别模型的输入,对于判别网络D进行重构,使网络更好地评估生成图像的性能。与SGAN和SSGAN相比,该方案使得攻击者在隐写分析正确性上分别降低了13.1%和6.4%。实验结果表明,新的信息隐藏方案通过生成更合适的载体信息来保证信息隐藏的安全性,能够有效抵抗隐写算法的检测,在抗隐写分析和安全性指标上明显优于对比方案。     

基于中国写意风格迁移的动漫视频生成模型

目前生成式对抗网络（GAN）已经被用于图像的动漫风格转换。然而,现有基于GAN的动漫生成模型主要以日本动漫和美国动漫为对象,集中在写实风格的提取与生成,很少关注到中国风动漫中写意风格的迁移,因此限制了GAN在国内广大动漫制作市场中的应用。针对这一问题,通过将中国写意风格融入到GAN模型,提出了一种新的中国风动漫生成式对抗网络模型CCGAN,用以自动生成具有中国写意风格的动漫视频。首先,通过在生成器中增加反向残差块,构造了一个轻量级的深度神经网络模型,以降低视频生成的计算代价。其次,为了提取并迁移中国写意风格中图像边缘锐利、内容构造抽象、描边线条具有水墨质感等性质,在生成器中构造了灰度样式损失和颜色重建损失,以约束真实图像和中国风样例图像在风格上的高层语义一致性,并且在判别器中构造了灰度对抗损失和边缘促进对抗损失,以约束重构图像与样例图像保持相同的边缘特性。最终,采用Adam算法最小化上述损失函数,从而实现风格迁移,并将重构图像组合为视频。实验结果表明,与目前最具代表性的风格迁移模型CycleGAN与CartoonGAN相比,所提CCGAN可从以《中国唱诗班》为例的中国风动漫中有效地学习到中国写意风格,同时显著降低了计算代价,适合于大批量动漫视频的快速生成。     

基于局部生成对抗网络的水上低照度图像增强

针对低照度条件下获取的水上图像亮度和对比度低以及质量差的问题,提出一种基于局部生成对抗网络的图像增强方法。以残差网络作为基本框架设计生成器,通过加入金字塔扩张卷积模块提取与学习图像深层特征和多尺度空间特征,从而减少结构信息丢失。设计一个自编码器作为注意力网络,估计图像中的光照分布并指导图像不同亮度区域的自适应增强。构建具有判别图像局部区域能力的判别器结构,约束生成器输出增强效果更加自然的图像。实验结果表明,该方法能够有效增强水上低照度图像,场景还原和细节保留能力优于SRIE和LIME等方法。     

基于拉普拉斯金字塔生成对抗网络的图像超分辨率重建算法

针对目前的图像超分辨率重建算法中存在的大尺度因子的重建效果较差、不同尺度的图像重建均需要单独训练等问题,提出一种基于拉普拉斯金字塔生成对抗网络（GAN）的图像超分辨率重建算法。算法中的生成器使用金字塔结构实现多尺度的图像重建,从而以渐进上采样的方式降低了大尺度因子的学习难度,并在层与层之间使用密集连接加强特征传播,从而有效避免了梯度弥散问题。算法中使用马尔可夫判别器将输入数据映射为结果矩阵,并在训练的过程中引导生成器关注图像的局部特征,从而丰富了重建图像的细节。实验结果表明：在Set5等基准数据集上分别进行放大2倍、4倍、8倍的图像重建时,所提算法的平均峰值信噪比（PSNR）分别达到了33.97 dB、29.15 dB、25.43 dB,平均结构相似性（SSIM）分别达到了0.924、0.840、0.667,相比用于超分辨率重建的卷积神经网络（SRCNN）、深度拉普拉斯金字塔超分辨率重建网络（LapSRN）、用于超分辨率重建的生成对抗式网络（SRGAN）等其他算法有较大提升,且其重建的图像在主观视觉上保留了更多生动的纹理和小颗粒细节。