关于stable diffusion算法(文生图最主流的算法)原理与实践

稳定扩散(Stable Diffusion)算法是当前文生图领域最主流的技术之一。本文深入剖析其核心原理,包括前向扩散逐步添加噪声、逆向扩散逐步去除噪声,以及在潜在空间进行操作以提高效率等关键要点。同时,结合丰富的实践案例,详细讲解如何利用该算法实现从文本到高质量图像的生成过程,帮助读者全面掌握这一前沿技术,开启创意无限的文生图之旅!
前向过程:

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后向生成过程:

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diffusion算法作为目前文生图最主流的算法,目前应用如火如荼。之前做文本算法比较多,个人因为早前作为图像处理和模式识别,所以也还算上手比较快,其实这个diffusion算法和模式识别的图像算法没啥太大关系,就是一个概率论和数理统计的事情。

​ 前向过程(forward):用高斯分布噪声不断添加到图像中,当添加N次后(N是一个相当大的数),那么图像会趋向接近于一个高斯分布(极限定理,很好理解)。

后向过程(Generative Process):给一张高斯噪声图,通过给定文本提示,生成相应的图,这个就是前向的反向过程,数学推导过程,建议用贝叶斯来推,会相对好理解一些,公式比较复杂就不写了,有兴趣的读者自己去翻相关paper论文吧。

有时间的话,我会结合算法原理和代码实践,来说明一下上述过程是怎么发生的。
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### 如何评估Stable Diffusion生成像的质量 对于使用Stable Diffusion生成的像质量评价,可以从多个角度来进行考量。一方面是从视觉效果出发,即人类观察者主观上认为像看起来是否自然、清晰以及描述文本的一致性;另一方面则是利用量化指标来辅助判断。 #### 主观评价 - **一致性**:检查生成像的内容是否忠实于输入的文字提示。这涉及到对象识别准确性、场景构建合理性等方面[^1]。 - **美学价值**:考虑作品的艺术美感,比如色彩搭配和谐度、构平衡感等。尽管这部分带有一定主观成分,但对于某些应用场景而言非常重要[^2]。 #### 客观数字化衡量标准 - **FID分数 (Fréchet Inception Distance)** :这是一种常用的自动化评测手段之一,用于比较两组片分布之间的相似程度。较低的FID得分意味着合成的数据更接近真实世界中的样本[^3]。 - **IS(Inception Score)** : IS用来测量模型产生的多样性及其类间差异性的综合表现。较高的IS表明该算法既能保持良好的类别区分又能维持足够的变异性[^4]。 除了上述提到的方法之外,在实际操作过程中也可以通过调整不同超参数组合多次实验对比最终产出物的好坏,并结合具体需求选取最合适的方案[^5]。 ```python import numpy as np from scipy.stats import wasserstein_distance from skimage.metrics import structural_similarity as ssim from PIL import Image def calculate_fid(real_images, generated_images): real_mean = np.mean(real_images, axis=0) gen_mean = np.mean(generated_images, axis=0) cov_real = np.cov(real_images.T) cov_gen = np.cov(generated_images.T) diff = real_mean - gen_mean # Calculate the Fréchet distance. fid_value = np.linalg.norm(diff)**2 + \ np.trace(cov_real + cov_gen - 2*np.sqrt(cov_real @ cov_gen)) return fid_value def compare_image_quality(imageA_path, imageB_path): img_a = Image.open(imageA_path).convert('L') img_b = Image.open(imageB_path).convert('L') score, _ = ssim(np.array(img_a), np.array(img_b), full=True) return score ```
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