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社区首页 >专栏 >DDIM | 隐式扩散模型原理

DDIM | 隐式扩散模型原理

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iResearch666
发布于 2023-09-28 09:05:31
发布于 2023-09-28 09:05:31
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Denoising Diffusion Implicit Models


  • paper https://arxiv.org/abs/2010.02502
  • code https://github.com/ermongroup/ddim

Abstract

  • DDIMs是一个更高效的迭代隐式概率模型,和DDPMs采用相同的训练过程
  • DDIMs通过一个非马尔可夫的扩散过程,从而实现相同的训练目标。这些非马尔可夫过程可以对应于确定性的生成过程,从而产生能更快地生成高质量样本的隐式模型
  • DDIMs相对DDPMs,生成样本的速度快了10x,甚至50x,可以生成高质量样本,最重要的是实现了inversion,图像重建误差非常小,可以在latent space进行插值实现图像的二次生成

Contributions

  • 加速生成
  • 隐空间重建与插值

Related Work

  • DDPM

Methodology

Overview

image-20230927100244641

NON-MARKOVIAN FORWARD PROCESSES

  • 扩散前向过程不再是马尔科夫过程(Xt只以来Xt-1),因为Xt依赖Xt-1和X0

GENERATIVE PROCESS

  • a fixed prior pθ(xT ) = N(0; I)

UNIFIED VARIATIONAL INFERENCE OBJECTIVE

image-20230927102219225

SAMPLING FROM GENERALIZED GENERATIVE PROCESSES

image-20230927100725549

DENOISING DIFFUSION IMPLICIT MODELS

  • one can generate a sample xt-1 from a sample xt

image-20230927102909760

  • 在所有 t 中 (t不等于1),σt = 0;给定 xt-1 和 x0,前向过程成为确定性过程。在生成过程中,随机噪声 t 前的系数变为零。由此产生的模型成为隐式概率模型,其中样本从潜在变量生成,其固定程序为(从 xT 到 x0)

image-20230927103549942

  • 当 η = 1 时为 DDPM,当 η = 0 时为 DDIM

ACCELERATED GENERATION PROCESSES

  • DDIM 优化时与 DDPM 一样,对噪声进行拟合,但 DDIM 提出了通过一个更短的 Forward Processes 过程,通过减少采样的步数,来加快采样速度
  • 从原先的采样序列 {1,...,T} 中选择一个子序列来生成图像。如原序列为 1 到 1000,抽取子序列可以是 1, 100, 200, ... 1000 (类似 arange(1, 1000, 100))。抽取方式不固定。在生成时同样采用公式 (1),其中的 timestep t ,替换为子序列中的 timestep。其中的 αˉt 对应到训练时候的数值,比如采样 1, 100, 200, ... 1000 中的第二个样本,则使用训练时候采用的 αˉ100 (此处只能替换 alphas_cumprod ˉαˉ,不能直接替换 alpha 参数 αt
  • 参考论文中的 Figure 3,在加速生成的情况下,η 越小,生成的图片效果越好,同时 η 的减小能够很大程度上弥补采样步数减少带来的生成质量下降问题

image-20230927104507632

Experiments

  • 重建和插值

image-20230927100431531

Conclusions

  • DDIM是DDPM的泛化版本
  • DDIM不是马尔可夫链,把所有时间步方差=0,高斯噪声的随机性被移除了,变成了确定性采样
  • 过于理论,应用场景
    • 加速采样过程 (子序列采样,从T个时间步中采样一部分)
    • 图像反演/重建 DDIM inversion (图像转换到隐空间,重建误差非常小)
    • 图像插值 DDIM interpolations(不平滑)

References

  • 实操 https://aistudio.baidu.com/projectdetail/5279888?channelType=0&channel=0
    • 验证当 η=1 DDIM 提出的的采样方式结果与 DDPM 基本相同
    • DDIM 的加速采样过程
    • DDIM 采样的确定性及其插值
本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划,分享自微信公众号。
原始发表:2023-09-27 11:14,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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目录
  • Abstract
  • Contributions
  • Related Work
  • Methodology
    • Overview
    • NON-MARKOVIAN FORWARD PROCESSES
    • GENERATIVE PROCESS
    • UNIFIED VARIATIONAL INFERENCE OBJECTIVE
    • SAMPLING FROM GENERALIZED GENERATIVE PROCESSES
    • DENOISING DIFFUSION IMPLICIT MODELS
    • ACCELERATED GENERATION PROCESSES
  • Experiments
  • Conclusions
  • References
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