介紹

CycleGAN網絡具有很強大的風格遷移功能。能夠實現非常深層次的風格轉換。比如男性圖片女性化或者女性圖片男性化。

先上效果圖：

下面簡單談一談實現原理。

網絡結構

網絡結構如圖所示，通過兩個循環使用的生成器來進行風格遷移。由此實現了非常神奇的效果。

下面結合代碼來詳細解釋一下網絡結構。訓練生成對抗網絡的深度學習框架為Pytorch。

1. 殘差模塊定義

class ResidualBlock(nn.Module):def __init__(self, in_features):super(ResidualBlock, self).__init__()# 殘差模塊不改變shapeconv_block = [ nn.ReflectionPad2d(1), # 構建殘差模塊的時候使用映射填充的形式nn.Conv2d(in_features, in_features, 3),nn.InstanceNorm2d(in_features), # 不使用BatchNorm而是使用InstanceNormnn.ReLU(inplace=True),nn.ReflectionPad2d(1),nn.Conv2d(in_features, in_features, 3),nn.InstanceNorm2d(in_features) ]self.conv_block = nn.Sequential(*conv_block)def forward(self, x):return x + self.conv_block(x)

殘差模塊的定義沒有太多需要說明的地方，就是有一點需要注意的是。我們在風格遷移中，不再使用BatchNorm而是使用InstanceNorm。

BN是將每一個batch的每一個通道的每一組圖片求mean和var， IN是將單獨一個圖片的一個通道的數據求mean和var。 區別就是一個是對batch求，一個是對一個圖片求。風格遷移中，為了保證風格，通常都對每一個圖片單獨處理。 CycleGAN網絡中，每一個batch只有一張 圖片，所以使用InstanceNorm。

2. 定義生成器

class Generator(nn.Module):def __init__(self, input_nc, output_nc, n_residual_blocks=9):"""定義生成網絡參數：input_nc --輸入通道數output_nc --輸出通道數n_residual_blocks --殘差模塊數量"""super(Generator, self).__init__()# 初始化卷積模塊# 因為使用ReflectionPad擴充# 所以輸入是3*256*256# 輸出是64*256*256model = [ nn.ReflectionPad2d(3),nn.Conv2d(input_nc, 64, 7),nn.InstanceNorm2d(64),nn.ReLU(inplace=True) ]# 進行下采樣# 第一個range：輸入是64*256*256，輸出是128*128*128# 第二個range：輸入是128*128*128，輸出是256*64*64in_features = 64out_features = in_features*2for _ in range(2):model += [ nn.Conv2d(in_features, out_features, 3, stride=2, padding=1),nn.InstanceNorm2d(out_features),nn.ReLU(inplace=True) ]in_features = out_featuresout_features = in_features*2# 使用殘差模塊# 輸入輸出都是256*64*64for _ in range(n_residual_blocks): # 默認添加9個殘差模塊model += [ResidualBlock(in_features)]# 進行上采樣# 第一個range：輸入是256*64*64，輸出是128*128*128# 第二個range：輸入是128*128*128，輸出是64*256*256 out_features = in_features//2for _ in range(2):model += [ nn.ConvTranspose2d(in_features, out_features, 3, stride=2, padding=1, output_padding=1),nn.InstanceNorm2d(out_features),nn.ReLU(inplace=True) ]in_features = out_featuresout_features = in_features//2# 最后輸出層# 輸入是64*256*256# 輸出是3*256*256model += [ nn.ReflectionPad2d(3),nn.Conv2d(64, output_nc, 7),nn.Tanh() ]self.model = nn.Sequential(*model)def forward(self, x):return self.model(x)

生成器的結構就是最初那幅圖中的右側的樣子。進行下采樣之后接一個殘差模塊，再之后進行上采樣。生成器期望可以學到比較復雜的特征構造方法，所以網絡結構更深，更復雜。判別器結構相對來說要簡單很多。

3. 判別器

class Discriminator(nn.Module):def __init__(self, input_nc):super(Discriminator, self).__init__()# 構建卷積分類器# 輸入為3*256*256# 輸出為64*128*128model = [ nn.Conv2d(input_nc, 64, 4, stride=2, padding=1),nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True) ]# 輸入為64*128*128# 輸出為128*64*64model += [ nn.Conv2d(64, 128, 4, stride=2, padding=1),nn.InstanceNorm2d(128), nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True) ]# 輸入為128*64*64# 輸出為256*32*32model += [ nn.Conv2d(128, 256, 4, stride=2, padding=1),nn.InstanceNorm2d(256), nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True) ]# 輸入為256*32*32# 輸出為512*31*31model += [ nn.Conv2d(256, 512, 4, padding=1),nn.InstanceNorm2d(512), nn.LeakyReLU(0.2, inplace=True) ]# 全卷積分類層# 輸入為輸出為512*31*31# 輸出為1*30*30model += [nn.Conv2d(512, 1, 4, padding=1)]self.model = nn.Sequential(*model)def forward(self, x):x = self.model(x)# 使用平均池化的辦法輸出預測值# avg_pool2d(input,kernel_size），這里kernel_size為30return F.avg_pool2d(x, x.size()[2:]).view(x.size()[0], -1)

就是一個比較普通的分類網絡。通過步長為2來逐步縮小尺寸。可能值得注意的是，相比于傳統的分類神經網絡。我們這里使用全局平均池化的方式進行最終輸出預測。沒有使用全連接層，減小了網絡尺寸。

此外，我還做了一個exe交互程序。可以直接運行，實現圖片中頭像識別和對應性別轉換。可以體驗一下生成對抗網絡的趣味。

對網絡感興趣，以及想要詳細了解原理是具體如何用代碼實現，或者想用有趣數據集做出創意應用的功能的話，可以參考這個視頻課程：點擊鏈接

總結

以上是生活随笔為你收集整理的如何利用CycleGAN实现男女性别转换的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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