Stable Diffusion里面Cross-Attention设计:为啥Q来自图像/噪声,K和V来自文本

简单来说,这样设计是为了让图像生成过程去"查询"和"对齐"文本指令。它的核心思想是:"基于给定的文本,我(图像)应该变成什么样子?"

核心思想:问答与指导

把整个文生图过程想象成一位画家(图像生成模型)在根据一份详细的文字简报(文本提示词)作画。

  • 画家(图像/噪声):他面前有一张初步的草图(初始噪声)。他对自己要画什么有一个模糊的概念,但需要不断参考简报来明确细节。

  • 文字简报(文本嵌入):这份简报详细描述了最终画作应该包含的内容,比如"一个戴帽子的男人"、"星空背景"、"梵高风格"等。

现在,画家在作画的每一步(去噪的每一步)都会遇到问题:

"对于我当前画的这一块区域(比如,左上角这一片蓝色笔触),它应该对应简报里的哪条描述?我应该把它细化成帽子、天空还是别的什么?"

这个过程就是交叉注意力

  1. Query :来自画家当前的画布(图像/噪声)。它是画家的提问:"我画的这个部分(Q)是什么?"

  2. Key 和 Value :来自文字简报(文本嵌入)。Key是简报的目录索引 ,Value是目录对应的详细内容

工作流程如下:

  1. 提问:画家从画布的某个局部特征提取出一个问题(Q)。

  2. 检索:将这个问题(Q)与简报的目录(K)进行比对,计算相似度。看看这个问题最匹配简报中的哪一条描述。

    • 例如,画布上某个弧形笔触的Q,可能与简报中"帽子"这个概念的K高度匹配。
  3. 获取答案:根据匹配程度(注意力权重),从简报的详细内容(V)中提取出相应的信息。

    • 模型会获取"帽子"的详细描述信息(V)。
  4. 指导创作:将这个关于"帽子"的文本信息(V)融合回画布的对应位置,指导画家:"对,你画的这个弧线应该朝着帽子的形状去细化。"


为什么不能反过来?(Q来自文本,KV来自图像)

如果反过来,Q来自文本,K/V来自图像,那么整个逻辑就变成了:

"对于简报里的'帽子'这个词(Q),我当前在整幅画里哪里能找到类似的东西?"

这在文生图的生成阶段是说不通的,因为:

  • 目的错误 :我们的目的不是在一张已有的图片里寻找 文本描述的内容(这是图像描述或VQA的任务),而是要从无到有地生成符合文本的内容。

  • 时机错误:在生成开始时,画布上只有随机噪声,根本没有成形的物体。用"帽子"这个词去查询噪声,得不到任何有意义的反馈。

  • 控制权错误 :这样相当于文本在被动地响应图像,而不是图像在主动接受文本的指导。文本应该作为条件信息,稳定地、持续地引导生成过程。


总结这样设计的优势:

  1. 主动查询:图像生成过程主动地、动态地从文本条件中获取它需要的信息。在每一步去噪中,模型都会根据当前图像的"困惑"去寻求文本的"指导"。

  2. 空间对齐 :这种机制天然地建立了文本概念和图像空间区域之间的对应关系。通过可视化注意力图,我们可以看到在生成过程中,"狗"这个词会主要激活图像中狗所在区域的像素。这是实现精准构图的关键。

  3. 条件控制的稳定性 :文本条件(K, V)在整个去噪过程中是固定不变的。这提供了一个稳定的"目标"或"蓝图",让噪声(Q)可以一步步地、坚定地向其靠近,保证了生成内容与文本提示的一致性。

  4. 灵活性:同一个文本条件(K, V)可以应对图像(Q)在每一步的巨大变化,从最初的随机噪声到最终的清晰图像,文本始终能提供相应的指导。

总而言之,Q=图像,K/V=文本的设计,完美地体现了文本作为"条件"去"引导"图像生成的核心思想。它让噪声图像扮演了一个主动的、探索性的角色,不断地向固定的文本蓝图提问,从而最终实现从混沌到有序的精确控制。

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