「雷锋网」跨物种造物，AI 将长颈鹿图片转换为鸟，还骗过了人类与机器

【「雷锋网」跨物种造物，AI 将长颈鹿图片转换为鸟，还骗过了人类与机器】当人们研究人工智能生成和检测图像的方式时，都需要明确一个研究主题。近期康奈尔大学的三位研究人员 Daniel V. Ruiz ， Gabriel Salomon ， Eduardo Todt 决定训练人工智能将长颈鹿的图片转化成鸟的图片，用生成对抗网络（GANs）产生新数据来研究这种图像到图像转换（image-to-image translation）。这篇论文还投中了 Computer on the Beach (COTB'20) 2020 会议。
目前图像到图像转换的应用已经比较广泛，包括从卫星图像生成地图到仅从轮廓生成完整的服装图像。这篇论文研究将长颈鹿转变为鸟其实颇具挑战，因为两种动物有不同的大小、纹理和形态。他们训练了一个名为 InstaGAN 的无监督跨域转换模型，让它接受了大量长颈鹿和鸟的图片训练。
InstaGAN 由韩国科学技术院和浦项科技大学的研究人员在 2019 年提出，相关论文《InstaGAN: Instance-Aware Image-to-Image Translation》还被 ICLR2019 接收。
最后鸟类成品保留原始图片的布局和背景，只是将长颈鹿直接转换成鸟类。需要强调的是，生成的鸟并不存在，这仅仅是 InstaGAN 生造的结果。

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这次论文的创新点，用作者自己的话说就是， “我们这次没有把苹果变成橘子，而是把大象变成了香蕉” 。因为之前无监督的图像到图像转换，例子大多是将站着的狮子转换为趴着，将猫转化为狗，马变成斑马等，但这些训练在比例、形状都很相似，所以难度有所差异。
他们具体是怎么做的呢？
用于训练 GAN 和生成相关的图像有两个数据集：COCO(Common objects in Context) 和 Caltech-UCSD Birds 200 。 COCO 数据集有超过 91 种类型的 328000 张图片，作者们从中选了 2546 张和 101 张的长颈鹿图片分别用于训练和验证，又从另一个主要涵盖 200 多个种类的鸟数据集 Caltech-UCSD Birds 200-2011 中，八二分，选择 80% 也就是 9414 张的鸟类图片用于训练， 20% 也就是 374 张用于验证。
每张图片都能看到长颈鹿和鸟的轮廓。 AI 主要工作是两块，一是把长颈鹿变成鸟，另一部分是判断它看到的图片是真的鸟还是假的长颈鹿—鸟。
接下来开始训练。大多数参数与 InstaGAN 初始论文中一样。通过双线性插值（bilinear interpolation）将长颈鹿和小鸟数据集的图像大小调整为 256x256， GPU 训练花费了将近 3 周时间（如果用 2 个英伟达 RTX 2080 GPU ，时间能减少到一周半) 。
InstaGAN 在训练中使用的 loss functions 包括：Least-squares GAN loss ， cycle loss ， context loss 和 identity loss ，根据它们在最终结果中的重要性进行加权。 cycle loss 权重最高。 LSGAN 也是如此，因为它改善了收敛性，减少了可能消失的梯度问题（vanishing gradient issues），这需要超过 100 个 epoch 来实现良好的视觉效果和损失最小化。
在三周的训练结束后，他们得到一个人造鸟图集 FakeSet。下图显示了图像到图像转换的一些例子。

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可以看到原始图像和蒙版，以及转换之后的图像和蒙版。请注意，姿势、空间排列和背景是没有改变的的。也就是说， InstaGAN 已经相当好地学会了转换图像，这些图像中，长颈鹿几乎没有遮挡，都是侧身站立，而在相同的位置上如今也产生鸟类。有意思的是， InstaGAN 学到了一个有趣的“欺骗”方法——生成深色的鸟，与浅色背景形成对比，如此能更好地骗过人类、机器鉴别者。