深入浅出 diffusion(2):pytorch 实现 diffusion 加噪过程

我在上篇博客深入浅出 diffusion(1):白话 diffusion 原理(无公式)中介绍了 diffusion 的一些基本原理,其中谈到了 diffusion 的加噪过程,本文用pytorch 实现下到底是怎么加噪的。

python 复制代码
import torch
import math
import numpy as np
from PIL import Image
import requests
import matplotlib.pyplot as plot
import cv2


def linear_beta_schedule(timesteps):
    """
    linear schedule, proposed in original ddpm paper
    """
    scale = 1000 / timesteps
    beta_start = scale * 0.0001
    beta_end = scale * 0.02
    return torch.linspace(beta_start, beta_end, timesteps, dtype = torch.float64)

def cosine_beta_schedule(timesteps, s = 0.008):
    """
    cosine schedule
    as proposed in https://openreview.net/forum?id=-NEXDKk8gZ
    """
    steps = timesteps + 1
    t = torch.linspace(0, timesteps, steps, dtype = torch.float64) / timesteps
    alphas_cumprod = torch.cos((t + s) / (1 + s) * math.pi * 0.5) ** 2
    alphas_cumprod = alphas_cumprod / alphas_cumprod[0]
    betas = 1 - (alphas_cumprod[1:] / alphas_cumprod[:-1])
    return torch.clip(betas, 0, 0.999)
    
   
# 时间步(timestep)定义为1000
timesteps = 1000

# 定义Beta Schedule, 选择线性版本,同DDPM原文一致,当然也可以换成cosine_beta_schedule
betas = linear_beta_schedule(timesteps=timesteps)

# 根据beta定义alpha 
alphas = 1. - betas
alphas_cumprod = torch.cumprod(alphas, axis=0)
sqrt_recip_alphas = torch.sqrt(1.0 / alphas)

# 计算前向过程 diffusion q(x_t | x_{t-1}) 中所需的
sqrt_alphas_cumprod = torch.sqrt(alphas_cumprod)
sqrt_one_minus_alphas_cumprod = torch.sqrt(1. - alphas_cumprod)


def extract(a, t, x_shape):
    batch_size = t.shape[0]
    out = a.gather(-1, t.cpu())
    return out.reshape(batch_size, *((1,) * (len(x_shape) - 1))).to(t.device)

# 前向加噪过程: forward diffusion process
def q_sample(x_start, t, noise=None):
    if noise is None:
        noise = torch.randn_like(x_start)
        cv2.imwrite('noise.png', noise.numpy()*255)

    sqrt_alphas_cumprod_t = extract(sqrt_alphas_cumprod, t, x_start.shape)
    sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t = extract(
        sqrt_one_minus_alphas_cumprod, t, x_start.shape
    )
    
    print('sqrt_alphas_cumprod_t :', sqrt_alphas_cumprod_t)
    print('sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t :', sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t)
    return sqrt_alphas_cumprod_t * x_start + sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t * noise

# 图像后处理
def get_noisy_image(x_start, t):
  # add noise
  x_noisy = q_sample(x_start, t=t)

  # turn back into PIL image
  noisy_image = x_noisy.squeeze().numpy()

  return noisy_image

...

# 展示图像, t=0, 50, 100, 500的效果
x_start = cv2.imread('img.png') / 255.0
x_start = torch.tensor(x_start, dtype=torch.float)
cv2.imwrite('img_0.png', get_noisy_image(x_start, torch.tensor([0])) * 255.0)
cv2.imwrite('img_50.png', get_noisy_image(x_start, torch.tensor([50])) * 255.0)
cv2.imwrite('img_100.png', get_noisy_image(x_start, torch.tensor([100])) * 255.0)
cv2.imwrite('img_500.png', get_noisy_image(x_start, torch.tensor([500])) * 255.0)
cv2.imwrite('img_999.png', get_noisy_image(x_start, torch.tensor([999])) * 255.0)


sqrt_alphas_cumprod_t : tensor([[[0.9999]]], dtype=torch.float64)
sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t : tensor([[[0.0100]]], dtype=torch.float64)
sqrt_alphas_cumprod_t : tensor([[[0.9849]]], dtype=torch.float64)
sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t : tensor([[[0.1733]]], dtype=torch.float64)
sqrt_alphas_cumprod_t : tensor([[[0.9461]]], dtype=torch.float64)
sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t : tensor([[[0.3238]]], dtype=torch.float64)
sqrt_alphas_cumprod_t : tensor([[[0.2789]]], dtype=torch.float64)
sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t : tensor([[[0.9603]]], dtype=torch.float64)
sqrt_alphas_cumprod_t : tensor([[[0.0064]]], dtype=torch.float64)
sqrt_one_minus_alphas_cumprod_t : tensor([[[1.0000]]], dtype=torch.float64)

以下分别为原图,t = 0, 50, 100, 500, 999 的结果。

可见,随着 t 的加大,原图对应的比例系数减小,噪声的强度系数加大,t = 500的时候,隐约可见人脸轮廓,t = 999 的时候,人脸彻底淹没在噪声里面了。

相关推荐
Java后端的Ai之路4 小时前
【Python 教程15】-Python和Web
python
冬奇Lab6 小时前
一天一个开源项目(第15篇):MapToPoster - 用代码将城市地图转换为精美的海报设计
python·开源
二十雨辰8 小时前
[python]-AI大模型
开发语言·人工智能·python
Yvonne爱编码8 小时前
JAVA数据结构 DAY6-栈和队列
java·开发语言·数据结构·python
前端摸鱼匠9 小时前
YOLOv8 环境配置全攻略:Python、PyTorch 与 CUDA 的和谐共生
人工智能·pytorch·python·yolo·目标检测
WangYaolove13149 小时前
基于python的在线水果销售系统(源码+文档)
python·mysql·django·毕业设计·源码
AALoveTouch9 小时前
大麦网协议分析
javascript·python
ZH15455891319 小时前
Flutter for OpenHarmony Python学习助手实战:自动化脚本开发的实现
python·学习·flutter
xcLeigh10 小时前
Python入门:Python3 requests模块全面学习教程
开发语言·python·学习·模块·python3·requests
xcLeigh10 小时前
Python入门:Python3 statistics模块全面学习教程
开发语言·python·学习·模块·python3·statistics