NIPS 2017：用卷积网络生成ASCII码字符画并进行着色

作者：Bot

来源：论智

几天前，我们送走了2017年最后一场机器学习顶级会议NIPS 2017。虽然正会开完了，但它的热度依然不减，近几日，一个入围NIPS 2017机器学习创意和设计（Workshop for Machine Learning for Creativity and Design）的趣味项目就在twitter上被玩坏了。据论智了解，作者Osamu Akiyama提出了一种用CNN把图形转成ASCII码字符画的方法，并在昨天更新了着色工具，这让不少机器学习开发者都玩high了。

上图即是ASCII码字符画着色前、着色后的效果。整个过程可分为两部分，一是用CNN生成字符画，二是用CNN着色。对于前者，作者已经在github上公开了数据集等资料，并在论文中详细解释了神经网络的搭建方法；而对于后者，作者直接做了个填色工具，因此已经有字符画的读者可以去网站上传图像尝试。

注意：该工具只在落廓清晰、画面干净的白底字符画上有不错效果，网站只支持图片，不支持文本文档。

项目思路

在论文中，作者首先介绍了CNN用的数据集。他从日本BBS 5channel和Shitaraba上收集了500张ASCII码字符画，并将之作为数据集。在这个过程中，他发现了一个不小的问题，就是许多人在上传手工制作的字符画时并不会援引原图，这就使机器学习算法无法学习如何把线条转换成文本。

为了解决这个问题，Osamu Akiyama使用了其他研究人员创建的一个神经网络清理工具，能把ASCII码字符画逆向还原成线条图。如上图所示，这个工具不仅能删除多余的字符，还能大胆恢复一些丢失的线条，使得整个画面更连续流畅。通过把这些经还原的图片作为输入对神经网络进行训练，他的网络能了解哪些字符是适合被用来创建图片的。

Osamu Akiyama使用的是一个CNN，其中包括7个卷积层、3个最大池化层、两个全连接（FC）层以及一个输出层，整体架构受VGC网络启发，简单来说，就是C64-C64-P-C128-C128-P-C256-C256-C256-P-FC4096-FC4096-O411。

经训练，作者发现神经网络生成的图片可以与手工制成的ASCII码字符画一较高下，如下图所示：

其中第一行是输入图像，第二、第三行是网上两个字符画生成工具生成的图像，第四行是Osamu Akiyama神经网络生成的图像，而最后一行由专业制作字符画的艺术家制作的图像。可以看出，神经网络在轮廓描绘和细节保留上都远胜于其他对照组。

事实上，大篇幅介绍字符画生成的目的就是为了最后的着色，经小编验证，Osamu Akiyama的配套CNN着色器在线条明显、画面整洁简单的图像上效果更好。例如上图中人工完成的最后一行字符画，比起神经网络的成果，它们的线条较不流畅，这会影响填色区间判定。此外，它们对头发、衣服进行了“着色”处理，这在黑白显示时可能更形象，但放进着色器后出来的效果就不尽如人意了。

生成ASCII码字符画

所有资料、数据可前往作者的github下载（https://github.com/OsciiArt/DeepAA）。

环境

TensorFlow（1.3.0）

Keras（2.0.8）

NumPy (1.13.3)

Pillow (4.2.1)

Pandas (0.18.0)

Scikit-learn (0.19.0)

h5py (2.7.1)

模型下载地址（下载后放入目录中的model）：drive.google.com/file/d/0B90WglS_AQWebjBleG5uRXpmbUE/view

训练数据地址（下载后将提取的目录放入目录中的data）：drive.google.com/file/d/0B90WglS_AQWebjBleG5uRXpmbUE/view

如何运行

更改output.py的第15行代码：

改成你使用的图像文件的路径。注意：图像必须是黑灰色线条画。

之后运行output.py，生成的图像会在output/处显示。

如果你想用轻型模型，你可以把output.py的第13、14行改为

填色效果演示

以下是论智君的几种尝试：

来源：谷歌搜索（盗图）

生成图片

来源：作者GitHub

生成图片

来源：作者GitHub

生成图片

调色图片

调色图片

小编色感堪忧，无法调出和谐的颜色，但根据这些图我们也能直观感受到，这跟黑白的ASCII码字符画简直是两个世界啊！

最后，我们再总结一下涉及的重要地址：

字符画CNN资源：github.com/OsciiArt/DeepAA

论文地址：nips2017creativity.github.io/doc/ASCII_Art_Synthesis.pdf