Andersons vinkel
Udnyttelse af menneskelig opmÃĶrksomhed kan forbedre AI-genererede billeder

Nyt forskning fra Kina har foreslÃĨet en metode til at forbedre kvaliteten af billeder genereret af Latent Diffusion Models (LDM) som Stable Diffusion.
Metoden fokuserer pÃĨ at optimere de saliente regioner af et billede â omrÃĨder, der er mest sandsynlige at tiltrÃĶkke menneskelig opmÃĶrksomhed.

Den nye forskning har fundet, at saliency-kort (fjerde kolonne fra venstre) kan bruges som et filter eller âmaskeâ til at styre fokus pÃĨ stÃļjprocesser mod omrÃĨder af billedet, som mennesker er mest sandsynlige at opmÃĶrksomme sig pÃĨ. Kilde: https://arxiv.org/pdf/2410.10257
Traditionelle metoder optimerer hele billedet ensartet, mens den nye tilgang udnytter en saliency-detektor til at identificere og prioritere mere âvigtigeâ omrÃĨder, som mennesker gÃļr.
I kvantitative og kvalitative tests var forskernes metode i stand til at overgÃĨ tidligere diffusion-baserede modeller, bÃĨde i billedkvalitet og trofasthed til tekstprompt.
Den nye metode scorede ogsÃĨ bedst i en menneskelig perceptionstest med 100 deltagere.
Naturlig Selektion
Saliency, evnen til at prioritere information i den virkelige verden og i billeder, er en essentiel del af menneskelig syn.
Et simpelt eksempel pÃĨ dette er den Ãļgede opmÃĶrksomhed pÃĨ detaljer, som klassisk kunst tildeler vigtige omrÃĨder af et maleri, sÃĨsom ansigtet i et portrÃĶt, eller masterne pÃĨ et skib i et sÃļbaseret motiv; i sÃĨdanne eksempler konvergerer kunstnerens opmÃĶrksomhed pÃĨ det centrale motiv, hvilket betyder, at brede detaljer sÃĨsom en portrÃĶtbaggrund eller fjerne bÃļlger i en storm er mere skitserede og reprÃĶsentative end detaljerede.
Informerede af menneskelige studier er maskinlÃĶringsmetoder opstÃĨet over de sidste ti ÃĨr, som kan replikere eller i det mindste approksimere denne menneskelige fokus pÃĨ interessepunkter i et billede.

Objekt-segmentering (semantisk segmentering) kan vÃĶre en hjÃĶlp til at individuere aspekter af et billede og udvikle tilsvarende saliency-kort. Kilde: https://arxiv.org/pdf/1312.6034
I forskningslitteraturen har den mest populÃĶre saliency-kort-detektor over de sidste fem ÃĨr vÃĶret 2016 Gradient-weighted Class Activation Mapping (Grad-CAM) initiativ, som senere udviklede sig til den forbedrede Grad-CAM++ system, blandt andre variationer og forbedringer.
Grad-CAM bruger gradient-aktivering af en semantisk token (sÃĨsom âhundâ eller âkatâ) til at producere et visuelt kort over, hvor konceptet eller notationen synes sandsynligt at vÃĶre reprÃĶsenteret i billedet.

Eksempler fra den originale Grad-CAM-papir. I den anden kolonne individuerer guided backpropagation alle bidragende funktioner. I den tredje kolonne tegnes semantiske kort for de to koncepter âhundâ og âkatâ. Den fjerde kolonne reprÃĶsenterer konkatinationen af de to foregÃĨende inferencer. Den femte, den occlusion (maskning) kort, der svarer til inferencen; og endelig, i den sjette kolonne, visualiserer Grad-CAM en ResNet-18 lag. Kilde: https://arxiv.org/pdf/1610.02391
Menneskelige undersÃļgelser af resultaterne fra disse metoder har afslÃļret en korrelation mellem disse matematiske individuationer af nÃļgleinteressepunkter i et billede og menneskelig opmÃĶrksomhed (nÃĨr man scannrer billedet).
SGOOL
Den nye papir overvejer, hvad saliency kan bringe til tekst-til-billede (og potentiel tekst-til-video) systemer sÃĨsom Stable Diffusion og Flux.
NÃĨr man fortolker en brugers tekst-prompt, udforsker Latent Diffusion Models deres trÃĶnede latent rum for lÃĶrt visuelle koncepter, der svarer med ordene eller fraserne, der bruges. De parses derefter disse fundne datapunkter gennem en stÃļjprocess, hvor tilfÃĶldig stÃļj langsomt udvikles til en kreativ fortolkning af brugerens tekst-prompt.
PÃĨ dette punkt giver modellen dog ligelig opmÃĶrksomhed til hver enkelt del af billedet. Siden populariseringen af diffusion-modeller i 2022, med lanceringen af OpenAIâs tilgÃĶngelige Dall-E billedgenereringer, og den efterfÃļlgende open-sourcing af Stability.aiâs Stable Diffusion-ramme, har brugere fundet, at âessentielleâ sektioner af et billede ofte er underbetjent.
Da et typisk portrÃĶt af et menneske sandsynligvis kun vil have ansigtet (som er af maksimal vigtighed for betragteren) beskÃĶftige sig med ikke mere end 10-35% af det totale billede, fungerer denne demokratiske metode til opmÃĶrksomhedsfordeling imod bÃĨde menneskelig perception og kunst- og fotografihistorie.
NÃĨr knapperne pÃĨ en persons jeans modtager samme beregningskraft som deres Ãļjne, kan ressourceallokeringen siges at vÃĶre non-optimal.
Derfor foreslÃĨr forfatterne en ny metode, kaldet Saliency Guided Optimization of Diffusion Latents (SGOOL), som bruger en saliency-mapper til at Ãļge opmÃĶrksomhed pÃĨ forsumpede omrÃĨder af et billede, og bruger fÃĶrre ressourcer pÃĨ sektioner, der sandsynligvis vil forblive i periferien af betragterens opmÃĶrksomhed.
Metode
SGOOL-pipelines inkluderer billedgenerering, saliency-mapping og optimering, med det samlede billede og saliency-raffineret billede behandlet sammen.

Konceptuel schema for SGOOL.
Diffusion-modellens latente indlejring er optimeret direkte med fine-tuning, og fjerner behovet for at trÃĶne en specifik model. Stanford Universityâs Denoising Diffusion Implicit Model (DDIM) sampling-metode, som er velkendt for brugere af Stable Diffusion, er tilpasset til at inkorporere den sekundÃĶre information, der leveres af saliency-kort.
Papiret siger:
âVi anvender fÃļrst en saliency-detektor til at efterligne det menneskelige synssystem og markere de saliente regioner. For at undgÃĨ at trÃĶne en ekstra model, optimerer vores metode direkte diffusion-latenter.
âDesuden udnytter SGOOL en invers diffusion-proces og giver den konstante hukommelsesimplementering. Derfor bliver vores metode en parameter-effektiv og plug-and-play fine-tuning metode. Omfattende eksperimenter er blevet udfÃļrt med flere metrikker og menneskelig evaluering.â
Da denne metode krÃĶver multiple iterationer af stÃļjprocessen, anvendte forfatterne Direct Optimization Of Diffusion Latents (DOODL) framework, som giver en invers diffusion-proces â selvom det stadig anvender opmÃĶrksomhed til hele billedet.
Til at definere omrÃĨder af menneskelig interesse, anvendte forskerne University of Dundees 2022 TransalNet-ramme.

Eksempler pÃĨ saliency-detektion fra 2022 TransalNet-projektet. Kilde: https://discovery.dundee.ac.uk/ws/portalfiles/portal/89737376/1_s2.0_S0925231222004714_main.pdf
De saliente regioner, der blev behandlet af TransalNet, blev derefter beskÃĨret for at generere konklusive saliency-sektioner, der sandsynligvis ville vÃĶre af mest interesse for rigtige mennesker.
Forskellen mellem brugerens tekst og billedet skal vÃĶre overvejet, i forhold til at definere en tab-funktion, der kan bestemme, om processen fungerer. Til dette blev en version af OpenAIâs Contrastive LanguageâImage Pre-training (CLIP) â nu en hovedbestanddel af billedsyntheseforskningssektoren â anvendt, sammen med overvejelse af den estimerede semantiske afstand mellem tekstprompten og det globale (ikke-saliency) billedoutput.
Forfatterne hÃĶvder:
â[Den] endelige tab-funktion [funktion] omfatter relationerne mellem saliency-dele og det globale billede samtidigt, hvilket hjÃĶlper med at balancere lokale detaljer og global konsistens i generationsprocessen.
âDette saliency-bevidste tab er udnyttet til at optimere billed-latent. Gradients er beregnet pÃĨ den stÃļjede [latent] og udnyttes til at forbedre konditionseffekten af input-prompten pÃĨ bÃĨde saliente og globale aspekter af det oprindelige genererede billede.â
Data og Tests
For at teste SGOOL, anvendte forfatterne en âvanillaâ-distribution af Stable Diffusion V1.4 (betegnet som âSDâ i testresultater) og Stable Diffusion med CLIP-guidance (betegnet som âbaselineâ i resultater).
Systemet blev evaluere mod tre offentlige datasets: CommonSyntacticProcesses (CSP), DrawBench og DailyDallE*.
SidstnÃĶvnte indeholder 99 detaljerede prompts fra en kunstner, der er nÃĶvnt i en af OpenAIâs blogindlÃĶg, mens DrawBench tilbyder 200 prompts over 11 kategorier. CSP bestÃĨr af 52 prompts baseret pÃĨ otte forskellige grammatiske tilfÃĶlde.
For SD, baseline og SGOOL, blev CLIP-modellen anvendt over ViT/B-32 til at generere billed- og tekst-embeddings. Den samme prompt og tilfÃĶldig seed blev anvendt. Output-stÃļrrelsen var 256Ã256, og standardvÃĶgt og indstillinger for TransalNet blev anvendt.
Foruden CLIP-score-metrikken blev en estimeret Human Preference Score (HPS) anvendt, samt en realverden-studie med 100 deltagere.

Kvantitative resultater, der sammenligner SGOOL med tidligere konfigurationer.
I forhold til de kvantitative resultater, der er vist i tabellen ovenfor, siger papiret:
â[Vores] model overgÃĨr betydeligt SD og Baseline pÃĨ alle datasets under bÃĨde CLIP-score og HPS-metrikker. Gennemsnitsresultaterne af vores model pÃĨ CLIP-score og HPS er 3,05 og 0,0029 hÃļjere end andenpladsen, henholdsvis.â
Forfatterne estimerede yderligere box-plots for HPS og CLIP-scores i forhold til tidligere tilgange:

Box-plots for HPS og CLIP-scores, der blev opnÃĨet i testene.
De kommenterede:
âDet kan ses, at vores model overgÃĨr de andre modeller, hvilket indikerer, at vores model er mere i stand til at generere billeder, der er konsistente med promptene.
âMen i box-plots er det ikke let at visualisere sammenligningen pÃĨ grund af stÃļrrelsen pÃĨ denne evaluering-metrik. Derfor fortsÃĶtter vi med at plotte de tilsvarende bar-plots.
âDet kan ses, at SGOOL overgÃĨr SD og Baseline pÃĨ alle datasets under bÃĨde CLIP-score og HPS-metrikker. De kvantitative resultater demonstrerer, at vores model kan generere mere semantisk konsistente og menneskeligt foretrukne billeder.â
Forskerne bemÃĶrker, at selvom baseline-modellen kan forbedre billedkvaliteten, tager den ikke hensyn til de saliente omrÃĨder af billedet. De hÃĶvder, at SGOOL, ved at nÃĨ et kompromis mellem global og salient billedvurdering, opnÃĨr bedre billeder.
I kvalitative (automatiserede) sammenligninger blev antallet af optimeringer sat til 50 for SGOOL og DOODL.


Kvalitative resultater for testene. Se kildepapiret for bedre definition.
Her bemÃĶrker forfatterne:
âI [fÃļrste rÃĶkke] er emnerne for prompten âen kat, der syngerâ og âen barbershop-kvartetâ. Der er fire katte i billedet genereret af SD, og indholdet af billedet er dÃĨrligt aligneret med prompten.
âKatten bliver ignoreret i billedet genereret af Baseline, og der er mangel pÃĨ detaljer i portrÃĶtteringen af ansigtet og detaljerne i billedet. DOODL forsÃļger at generere et billede, der er konsistent med prompten.
âMen da DOODL optimerer det globale billede direkte, bliver personerne i billedet optimeret mod katten.â
De bemÃĶrker yderligere, at SGOOL, i modsÃĶtning hertil, genererer billeder, der er mere konsistente med den oprindelige prompt.
I den menneskelige perceptionstest vurderede 100 frivillige testbilleder for kvalitet og semantisk konsistens (dvs. hvor tÃĶt de fulgte deres kilde-tekstprompt). Deltagerne havde ubegrÃĶnset tid til at trÃĶffe deres valg.

Resultater for den menneskelige perceptionstest.
Som papiret pÃĨpeger, er forfatternes metode bemÃĶrkelsesvÃĶrdigt foretrukket over tidligere tilgange.
Konklusion
Ikke lÃĶnge efter, at svaghederne, der blev adresseret i denne artikel, blev ÃĨbenlyse i lokale installationer af Stable Diffusion, dukkede forskellige tilpassede metoder (sÃĨsom After Detailer) op for at tvinge systemet til at anvende ekstra opmÃĶrksomhed pÃĨ omrÃĨder, der var af stÃļrre menneskelig interesse.
Men denne type tilgang krÃĶver, at diffusionssystemet fÃļrst gÃĨr gennem sin normale proces med at anvende ligelig opmÃĶrksomhed til hver del af billedet, med den Ãļgede indsats, der udfÃļres som en ekstra fase.
Beviserne fra SGOOL tyder pÃĨ, at anvendelse af grundlÃĶggende menneskelig psykologi til prioritering af billedsektioner kunne forbedre den oprindelige inferens uden efterbehandlings-trin.
Â
* Papiret giver den samme link for dette som for CommonSyntacticProcesses.
FÃļrst publiceret onsdag, 16. oktober 2024












