摘要:CycleGAN图像翻译模型,由两个生成网络和两个判别网络组成,通过非成对的图片将某一类图片转换成另外一类图片,可用于风格迁移

本文分享自华为云社区《基于MindSpore的CycleGAN介绍和实现》,作者: Tianyi_Li 。

前言

我们这次介绍下著名的CycleGAN,同时提供了基于MindSpore的代码,方便大家运行验证。

CycleGAN的介绍

CycleGAN图像翻译模型,由两个生成网络和两个判别网络组成,通过非成对的图片将某一类图片转换成另外一类图片,可用于风格迁移,效果演示如下图所示:

CycleGAN是GAN的一种,那什么是GAN呢?

生成对抗网络(Generative Adversarial Network, 简称GAN) 是一种非监督学习的方式,通过让两个神经网络相互博弈的方法进行学习,该方法由lan Goodfellow等人在2014年提出。生成对抗网络由一个生成网络和一个判别网络组成,生成网络从潜在的空间(latent space)中随机采样作为输入,其输出结果需要尽量模仿训练集中的真实样本。判别网络的输入为真实样本或生成网络的输出,其目的是将生成网络的输出从真实样本中尽可能的分辨出来。而生成网络则尽可能的欺骗判别网络,两个网络相互对抗,不断调整参数。 生成对抗网络常用于生成以假乱真的图片。此外,该方法还被用于生成影片,三维物体模型等。

好了,我们已经对GAN有了大体的了解,下面说回CycleGAN。

CycleGAN由两个生成网络和两个判别网络组成,生成网络A是输入A类风格的图片输出B类风格的图片,生成网络B是输入B类风格的图片输出A类风格的图片。生成网络中编码部分的网络结构都是采用convolution-norm-ReLU作为基础结构,解码部分的网络结构由transpose convolution-norm-ReLU组成,判别网络基本是由convolution-norm-leaky_ReLU作为基础结构,详细的网络结构可以查看network/CycleGAN_network.py文件。生成网络提供两种可选的网络结构:Unet网络结构和普通的encoder-decoder网络结构。生成网络损失函数由LSGAN的损失函数,重构损失和自身损失组成,判别网络的损失函数由LSGAN的损失函数组成。

CycleGAN最经典的地方是设计和提出了循环一致性损失。以黑白图片上色为例,循环一致性就是:黑白图(真实)—>网络—>彩色图—>网络—>黑白图(造假)。为了保证上色后的彩色图片中具有原始黑白图片的所有内容信息,文章中将生成的彩色图像还原回去,生成造假的黑白图,通过损失函数来约束真实白图和造假黑白图一致,达到图像上色的目的。除此之外,CycleGAN不像Pix2Pix一样,需要使用配对数据进行训练,CycleGAN直接使用两个域图像进行训练,而不用建立每个样本和对方域之间的配对关系,这就厉害了,一下子让风格迁移任务变得简单很多。

看一下CycleGAN的网络结构图:

如果想了解更多详情,可以阅读CycleGAN的原论文,推荐读一读,会有更深刻和更清楚的理解,下面给出链接:

https://arxiv.org/abs/1703.10593

CycleGAN的实现

代码和数据集

这里我提供了一个包含代码和数据集的仓库链接:https://git.openi.org.cn/tjulitianyi/CycleGAN_MindSpore,但是更建议使用最新版本代码,见下方特别说明。

特别说明:我们将在华为云ModelArts的NoteBook,基于MindSpore-GPU 1.8.1 运行CycleGAN的代码,因为云环境的更新不确定性,所以运行可能会报错,这时可以参考如下最新代码:https://gitee.com/mindspore/models/tree/master/research/cv/CycleGAN。

需要提醒大家的是,必须需要使用MindSpore 1.8.0以及以上的版本,之前版本会报错,因为某些API不支持。而最新的1.8.1版本有时也会报错,报错信息如下,怀疑可能是代码的设置有些问题:

目前ModelArts最高支持到MindSpore 1.7,我们需要自行安装最新的MindSpore 1.8.1版本。

先来看看我使用的NoteBook环境:

这里特别提醒大家,NoteBook是要花钱的,我选择的单卡Tesla V100大约每小时28元,也有更便宜的,大概每小时8元的单卡Tesla P100,请大家根据自身情况选择,千万注意使用情况,别欠费了。

准备环境

下面进入NoteBook,打开一个Terminal:

先来看看我们的显卡信息和CUDA Version:

我们看到CUDA Version是10.2,下面到MindSpore官网看看安装教程,我们需要安装MindSpore 1.8.1,但是没有CUDA 10.2对应的版本,这里就选择就近的CUDA 10.1版本了。

在Terminal执行如下命令:

pip install https://ms-release.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com/1.8.1/MindSpore/gpu/x86_64/cuda-10.1/mindspore_gpu-1.8.1-cp37-cp37m-linux_x86_64.whl --trusted-host ms-release.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

下载速度很快,安装速度也是非常快:

最后运行显示如下信息,表示安装成功了:

获取代码

接下来下载代码,执行如下命令(由于要下载整个仓库,时间有点长):

git clone https://gitee.com/mindspore/models.git

命令运行截图:

下面我们将感兴趣的CycleGAN代码拷贝到当前目录下,执行如下命令:

cp -r models/research/cv/CycleGAN/ ./

准备数据集

下面进入CycleGAN目录:

cd CycleGAN

我们这里使用的是monet2photo数据集,由于直接在ModelArts的NoteBook下载速度很慢,所以建议大家下载到本地,再上传到NoteBook的CycleGAN/data目录下,下载链接为:https://s3.openi.org.cn/opendata/attachment/7/b/7beb4534-6e79-463e-a7c6-032510bab215?X-Amz-Algorithm=AWS4-HMAC-SHA256&X-Amz-Credential=1fa9e58b6899afd26dd3%2F20220814%2Fus-east-1%2Fs3%2Faws4_request&X-Amz-Date=20220814T085624Z&X-Amz-Expires=604800&X-Amz-SignedHeaders=host&response-content-disposition=attachment%3B filename%3D"monet2photo.zip"&X-Amz-Signature=20fbfd9c798701efcbf21d811f3dfdd6b8d5744f388c799bc38715f7fe78c783

上传完成后,解压数据集即可。我的运行截图如下图所示:

启动训练

注意,请在CycleGAN的目录下启动训练,如下图所示:

我是在GPU下的单卡训练,所以启动训练的命令为:

python train.py --platform GPU --device_id 0 --model ResNet --max_epoch 200 --dataroot ./data/monet2photo/ --outputs_dir ./outputs

运行截图为:

可以看到已经成功启动训练,打印出loss,此时我是用的Tesla V100显卡大约占了4GB显存,利用率接近100%,此时来看不适合用Tesla V100来跑,未能发挥其大显存的优势,而其计算能力其实一般。CycleGAN模型训练比较费时间,请注意花费,预计完成全部200epoch的训练需要72小时以上。

评估模型

python eval.py --platform GPU --device_id 0 --model ResNet --G_A_ckpt ./outputs/ckpt/G_A_200.ckpt --G_B_ckpt ./outputs/ckpt/G_B_200.ckpt

注意,这里的.ckpt模型名称,请根据实际训练生成的具体轮数的模型名称太难写,比如目前只保存了20epoch的模型,那上述命令的200就应该改成20。

更多命令或适配其他硬件平台和多卡情况,可参考scripts文件夹下脚本。

结语

我们简单介绍了著名的CycleGAN,给出了基于MindSpor的完整代码,并带着大家跑了一遍,目前有些问题,后续会更新。作为经典的GAN的一种,CycleGAN有很多值得我们学习的地方,还需要深入分析挖掘,以鉴今事。

关于代码运行的问题,可以到官仓提交issue求助,下为链接:https://gitee.com/mindspore/models/issues

点击关注,第一时间了解华为云新鲜技术~

带你徒手完成基于MindSpore的CycleGAN实现的更多相关文章

  1. 带你手写基于 Spring 的可插拔式 RPC 框架(一)介绍

    概述 首先这篇文章是要带大家来实现一个框架,听到框架大家可能会觉得非常高大上,其实这和我们平时写业务员代码没什么区别,但是框架是要给别人使用的,所以我们要换位思考,怎么才能让别人用着舒服,怎么样才能让 ...

  2. 技术干货 | 基于MindSpore更好的理解Focal Loss

    [本期推荐专题]物联网从业人员必读:华为云专家为你详细解读LiteOS各模块开发及其实现原理. 摘要:Focal Loss的两个性质算是核心,其实就是用一个合适的函数去度量难分类和易分类样本对总的损失 ...

  3. 基于MIndSpore框架的道路场景语义分割方法研究

    基于MIndSpore框架的道路场景语义分割方法研究 概述 本文以华为最新国产深度学习框架Mindspore为基础,将城市道路下的实况图片解析作为任务背景,以复杂城市道路进行高精度的语义分割为任务目标 ...

  4. Vivado设计二:zynq的PS访问PL中的自带IP核(基于zybo)

    1.建立工程 首先和Vivado设计一中一样,先建立工程(这部分就忽略了) 2.create block design 同样,Add IP 同样,也添加配置文件,这些都和设计一是一样的,没什么区别. ...

  5. 如何基于MindSpore实现万亿级参数模型算法?

    摘要:近来,增大模型规模成为了提升模型性能的主要手段.特别是NLP领域的自监督预训练语言模型,规模越来越大,从GPT3的1750亿参数,到Switch Transformer的16000亿参数,又是一 ...

  6. 徒手打造基于Spark的数据工厂(Data Factory):从设计到实现

    在大数据处理和人工智能时代,数据工厂(Data Factory)无疑是一个非常重要的大数据处理平台.市面上也有成熟的相关产品,比如Azure Data Factory,不仅功能强大,而且依托微软的云计 ...

  7. 带你手写基于 Spring 的可插拔式 RPC 框架(三)通信协议模块

    在写代码之前我们先要想清楚几个问题. 我们的框架到底要实现什么功能? 我们要实现一个远程调用的 RPC 协议. 最终实现效果是什么样的? 我们能像调用本地服务一样调用远程的服务. 怎样实现上面的效果? ...

  8. 带你手写基于 Spring 的可插拔式 RPC 框架(二)整体结构

    前言 上一篇文章中我们已经知道了什么是 RPC 框架和为什么要做一个 RPC 框架了,这一章我们来从宏观上分析,怎么来实现一个 RPC 框架,这个框架都有那些模块以及这些模块的作用. 总体设计 在我们 ...

  9. MindInsight:一款基于MindSpore框架的训练可视化插件

    技术背景 在深度学习或者其他参数优化领域中,对于结果的可视化以及中间网络结构的可视化,也是一个非常重要的工作.一个好的可视化工具,可以更加直观的展示计算结果,可以帮助人们更快的发掘大量的数据中最有用的 ...

随机推荐

  1. Pandas:添加修改、高级过滤

    1.添加修改数据 Pandas 的数据修改是进行赋值,先把要修改的数据筛选出来,然后将同结构或者可解包的数据赋值给它: 修改数值 df.Q1 = [1, 3, 5, 7, 9] * 20 # 就会把值 ...

  2. 聊聊C#中的Mixin

    写在前面 Mixin本意是指冰淇淋表面加的那些草莓酱,葡萄干等点缀物,它们负责给冰淇淋添加风味.在OOP里面也有Mixin这个概念,和它的本意相似,OOP里面的Mixin意在为类提供一些额外功能--在 ...

  3. 『忘了再学』Shell基础 — 29、AWK内置变量

    目录 1.AWK内置变量 2.练习说明 (1)$n变量练习 (2)FS变量练习 (3)NF变量和NR变量练习 3.总结: 1.AWK内置变量 AWK内置变量如下表: awk内置变量 作用 $0 代表目 ...

  4. docker-compose 搭建 Prometheus+Grafana监控系统

    有关监控选型之前有写过一篇文章: 监控系统选型,一文轻松搞定! 监控对象 Linux服务器 Docker Redis MySQL 数据采集 1).prometheus: 采集数据 2).node-ex ...

  5. 如何写好测试用例以及go单元测试工具testify简单介绍

    背景 ​ 最近在工作和业余开源贡献中,和单元测试接触的比较频繁.但是在这两个场景之下写出来的单元测试貌似不太一样,即便是同一个代码场景,今天写出来的单元测试和昨天写的也不是很一样,我感受到了对于单元测 ...

  6. UiPath视频教程

    UiPath机器人企业框架简介https://www.bilibili.com/video/BV1SK411L7u9 UiPath借助第三方Pdf软件工作https://www.bilibili.co ...

  7. 用python做个计算器不是轻轻松松吗~

    计算器 Kivy是一个免费的开源Python库,可以快速轻松地开发高度交互的跨平台应用程序. 这里我将使用Python中的Kivy包来构建一个计算器GUI.(https://jq.qq.com/?_w ...

  8. Python教程:执行cmd命令

    我们通常可以使用os模块的命令进行执行cmd 方法一:os.system def system(*args, **kwargs): # real signature unknown "&qu ...

  9. 从0到1建设智能灰度数据体系:以vivo游戏中心为例

    作者: vivo 互联网数据分析团队-Dong Chenwei vivo 互联网大数据团队-Qin Cancan.Zeng Kun 本文介绍了vivo游戏中心在灰度数据分析体系上的实践经验,从&quo ...

  10. IO流原理及流的分类

    IO原理 I/O是Input/Output的缩写, I/O技术是非常实用的技术,用于 处理设备之间的数据传输.如读/写文件,网络通讯等. Java程序中,对于数据的输入/输出操作以"流(st ...