对抗样本(论文解读五):Perceptual-Sensitive GAN for Generating Adversarial Patches


准备写一个论文学习专栏,先以对抗样本相关为主,后期可能会涉及到目标检测相关领域。

内容不是纯翻译,包括自己的一些注解和总结,论文的结构、组织及相关描述,以及一些英语句子和相关工作的摘抄(可以用于相关领域论文的写作及扩展)。

平时只是阅读论文,有很多知识意识不到,当你真正去着手写的时候,发现写完之后可能只有自己明白做了个啥。包括从组织、结构、描述上等等很多方面都具有很多问题。另一个是对于专业术语、修饰、语言等相关的使用,也有很多需要注意和借鉴的地方。

本专栏希望在学习总结论文核心方法、思想的同时,期望也可以学习和掌握到更多论文本身上的内容,不论是为自己还有大家,尽可能提供更多可以学习的东西。

当然,对于只是关心论文核心思想、方法的,可以只关注摘要、方法及加粗部分内容,或者留言共同学习。
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Perceptual-Sensitive GAN for Generating Adversarial Patches

AishanLiu§,XianglongLiu§∗,JiaxinFan§,YuqingMa§,AnlanZhang§, HuiyuanXie † and DachengTao‡ §State Key Laboratory of Software Development Environment, Beihang University, China {liuaishan, xlliu, jxfan, mayuqing, zal1506}@buaa.edu.cn† Department of Computer Science and Technology, University of Cambridge, UK hx255@cam.ac.uk ‡UBTECH Sydney AI Centre, SIT, FEIT, University of Sydney, Australia dacheng.tao@sydney.edu.au

发表于AAAI 2019

源码:https://github.com/liuaishan (需要好好研究学习一下)

感知敏感的GAN生成对抗块

Abstract

现有攻击策略还远远不能生成具有强大攻击能力且视觉自然的对抗块,因为它们往往忽略了被攻击网络对对抗块的感知敏感性,包括与图像上下文的相关性和视觉注意力。

提出了感知敏感的GAN(PS-GAN)同时增强视觉保真度与攻击性能来生成对抗块。
将块生成视为通过对抗过程的块到块的变换,输入任意类型的块输出与攻击图像感知高相关的对抗块。
为了进一步提高攻击能力,提出了一种结合对抗生成的注意机制来预测关键的攻击区域,从而生成更真实、更具攻击性的对抗块。

semi-white box and black-box ; GTSRB and ImageNet。

Introduction

On one side, adversarial examples pose potential security threats by attacking or misleading the practical deep learning applications like auto driving and face recognition system. On the other side, adversarial examples are also valuable and beneficial to the deep learning models, as they are able to provide insights into their

<think>好的,我现在要处理用户关于NightVisionNet多阶段GAN用于夜间图像增强的查询。首先,我需要确认用户的问题核心是了解这个架构和实现细节。用户可能对GAN在夜间图像处理中的应用感兴趣,特别是多阶段的结构。 首先,我应该回忆一下现有的相关技术。比如,多阶段GAN通常用于逐步细化生成结果,像StackGAN或者Progressive GAN这样的模型可能有关联。不过NightVisionNet可能是一个特定的实现,我需要查找是否有相关的论文或资料。 用户提到的参考文献是RefineNet,虽然主题是语义分割,但可能涉及到多路径优化,这可能与多阶段处理有共通之处。不过NightVisionNet的具体架构可能结合了不同模块,比如不同阶段的生成器和判别器,或者特定的损失函数来增强夜间图像。 接下来,我需要考虑多阶段GAN的典型结构。通常,第一阶段可能处理低分辨率图像去噪,后续阶段逐步提升细节和颜色校正。每个阶段可能有不同的损失函数,比如对抗损失、感知损失、颜色一致性损失等。此外,夜间图像增强可能需要处理低光照、噪声、颜色失真等问题,因此网络设计可能包含这些模块。 实现方面,可能需要使用PyTorch或TensorFlow框架,生成器和判别器的结构可能基于U-Net或类似架构。数据预处理可能涉及配对或非配对的夜间-白天图像数据集。训练策略可能包括分阶段训练,先训练第一阶段,再逐步加入后续阶段。 但用户提到的NightVisionNet可能是一个具体的模型,如果找不到直接的信息,可能需要根据类似模型进行推测。例如,可能结合了Retinex理论,将图像分解为光照和反射成分,再通过GAN进行增强。或者使用注意力机制来聚焦关键区域。 另外,需要考虑实现中的关键技术点,比如如何处理噪声和伪影,如何保持颜色自然,以及如何评估增强效果。可能引用相关的研究,比如使用感知损失或对抗训练来提高视觉质量。 在回答时,需要结构清晰,分点说明架构和实现,可能包括生成器设计、判别器结构、损失函数、训练策略等。同时,要确保使用正确的中文术语和LaTeX格式,比如数学公式用$...$包裹,独立公式用$$...$$。 最后,生成相关问题,可能涉及与其他方法的比较、训练数据集的选择、实际应用场景等。确保引用正确,如果引用了RefineNet或其他文献,需要标注对应的引用标识。 现在需要整理这些思路,形成结构化的回答,并检查是否符合用户的要求,包括格式和内容准确性。</think>关于**NightVisionNet多阶段GAN夜间图像增强**的架构与实现,目前公开资料中尚未有直接匹配的文献,但根据多阶段GAN和夜间图像增强的通用设计思路,其核心架构可能包含以下关键模块和实现方法: --- ### 一、架构设计 1. **多阶段生成器** - **第一阶段(去噪与初步增强)**:使用U-Net结构对输入的低光照图像进行噪声抑制和全局光照恢复,输出初步增强结果。公式表示为: $$G_1(I_{\text{night}}) \rightarrow I_{\text{stage1}}$$ - **第二阶段(细节细化)**:通过残差网络(ResNet)进一步优化局部细节(如边缘、纹理),并校正颜色失真: $$G_2(I_{\text{stage1}}) \rightarrow I_{\text{stage2}}$$ - **第三阶段(感知优化)**:引入感知损失(Perceptual Loss)和对抗训练,提升视觉自然度[^1]。 2. **判别器设计** - 多尺度判别器(Multi-Scale Discriminators)用于评估不同分辨率下的图像真实性,增强高频细节的生成质量。 3. **自适应注意力模块** - 在生成器中加入注意力机制,动态分配计算资源到低光照区域(如阴影、弱纹理区域)。 --- ### 二、实现关键点 1. **损失函数组合** - **对抗损失**:标准GAN损失(如LSGAN)确保生成图像的分布接近真实白天图像: $$\mathcal{L}_{\text{adv}} = \mathbb{E}[\log D(I_{\text{real}})] + \mathbb{E}[\log (1 - D(G(I_{\text{night}})))]$$ - **感知损失**:基于预训练VGG网络的特征匹配: $$\mathcal{L}_{\text{percep}} = \sum_{i} \| \phi_i(I_{\text{gen}}) - \phi_i(I_{\text{real}}) \|_1$$ - **颜色一致性损失**:约束增强后图像与真实白天图像的色彩分布相似性。 2. **数据准备** - 使用配对(夜间-白天)或非配对数据集(如CycleGAN风格),需包含多种夜间场景(城市、自然、室内等)。 3. **训练策略** - **分阶段训练**:先独立训练第一阶段生成器,再逐步加入后续阶段。 - **渐进式学习率调整**:避免后阶段训练破坏前阶段参数。 --- ### 三、代码实现示例(基于PyTorch伪代码) ```python class GeneratorStage1(nn.Module): def __init__(self): super().__init__() self.downsample = nn.Sequential( # 下采样层 nn.Conv2d(3, 64, 4, stride=2, padding=1), nn.LeakyReLU(0.2) ) self.res_blocks = nn.Sequential( # 残差块 ResBlock(64), ResBlock(64) ) self.upsample = nn.Sequential( # 上采样层 nn.ConvTranspose2d(64, 3, 4, stride=2, padding=1), nn.Tanh() ) def forward(self, x): x = self.downsample(x) x = self.res_blocks(x) return self.upsample(x) ``` ---
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