EZ | Deep Snow: 使用GANs合成遥感图像 | 03

实验及其结果

生成结果

下图展示了某些CycleGAN生成的图像,输入的是来自于Sentinel-2的RGB模式的光学图像,转换后的图像我们模拟了刚下完雪之后的场景。直观来看,生成的雪还蛮逼真的,CycleGAN学习雪的纹理和颜色效果挺好,而且还能把它嵌进原来的图像里并保持原来的基本结构。我们注意到,在城市和农村,对道路、建筑物着色效果都挺好的。

CycleGAN人工降雪

虽然图中展示的图像定性地来看还不错,但其实细节上挺一般的,我们给上面的红框拉个特写,我们的模型经常生成一些很不自然的网格状的图形,尤其是在水边儿,这种情况特别明显。为了更进一步研究其过程,我们简单算了一下原图和生成图的L1范数,并把RGB通道都分离开,我们仔细研究就可以发现,CycleGAN生成的图像噪声并不严重,但L1范数中的斑点比较严重,特别是水面的红色的条带。我们认为这种现象可能只在水面上比较严重,因为它与陆地上的纹理差距很大,而且训练数据里水面的数据也不多。

给个特写

图像质量比较

我们已经讨论了CycleGAN定性的输出结果,但对于未配对的图像翻译架构的评估,还缺少一个公认的方法。就像前文所说的,GANs结果的评估热度很高,新方法层出不穷,但很少有针对我们这样的不配对的图像设计的。像是Pix2Pix那种用成对数据进行训练的模型,我们可以直接用生成图像与原图像做比较来判断结果好坏,但CycleGAN就麻烦多了:我们甚至找不到一个比较好的Loss来对训练进行控制,虽然“不成对”让CycleGAN适用范围变广了,但确实也导致了传统的评估技术很难发挥作用。

为了定量地做比较,我们用FID、CRD和FRD来尝试计算每个阶段生成的数据,使我们能够在动态中研究CycleGAN的训练过程,并把做成表,把结果打在公屏上。可以看得出来,只有循环一致性损失效果比较好(译者认为从图上看,主要是因为循环一致性损失总能提供梯度,而其他的都有断崖式下跌和很长的平台期无法指导训练),生成器损失和鉴别器损失都是开始不久就稳定下来了,FID不仅有这个问题,整个波动也很严重。并且,下图c和d无疑也证明,Resnet比起Inception-v3确实还是要好一点,因为在整个过程中,它的曲线比较顺滑流畅。

(!!!这里论文原文确实比较的是图c和d,但很明显图的标注里比较Resnet和Inception-v3的很明显应该是b和c,可能是文章笔误

a是生成器损失、判别器损失和循环一致性损失,b是Frechet Inception Distance,c是Frechet Resnet Distance,d是Cosine Resnet Distance

下面的图再次展示了那块区域,在1、1o和50个epoch时采样,可以看出,随着训练的进展,图像越来越清晰,我们注意到,即使在第1个epoch的时候,雪的颜色已经很好的被表达出来。我们在右侧展示了三个波段之间L1范数,以展示生成的伪像的位置——以及他们逐渐消失的趋势。


在1、10、50epoch时的生成效果和对应的L1范数的展示

交叉特征

我们已经说明,通过将Resnet-50的结果嵌入CycleGAN的生成图中,图像质量有所提高(这一点在伪像和模糊程度上都能得到反应),但我们真正想知道的是:CycleGAN通过这种嵌入,生成图像到底相较于真实图像有多大说服力。

在最终的对CycleGAN生成结果质量的测试中,我们用了一个随机森里分类器,用来对真实图像和CycleGAN各个阶段的生成图像做分类,重复100次,展示在下图里,虽然生成结果在迷惑判别器方面有很大提升,或者,分类器的对数损失确实有改善,但即使运行到200个epoch时,对数损失仍然很低,这表明随机森林对于基于Resnet-50特征的生成图像和真实图像判别能力还是挺强的。这有可能是因为图2中展示的artifacts的原因。

随机森林分类器的Loss

最后的最后,为了进一步探索CycleGAN在嵌入方面的行为,我们对1个epoch、200个epoch和实际样本的嵌入特征做主成分分析,并把它们画在图里,我们能够看出,随着CycleGAN的训练,样本分布逐渐从蓝色变化到橙色,实际上的分布则应该是绿色。


主成分分析的结果,对于1、200epoch以及真实图像的反应
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 219,539评论 6 508
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 93,594评论 3 396
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 165,871评论 0 356
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,963评论 1 295
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,984评论 6 393
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,763评论 1 307
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,468评论 3 420
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,357评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,850评论 1 317
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 38,002评论 3 338
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 40,144评论 1 351
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,823评论 5 346
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,483评论 3 331
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 32,026评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 33,150评论 1 272
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,415评论 3 373
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 45,092评论 2 355