来玩变脸啊！逆天神器！OpenAI可逆生成模型Glow逆袭GAN！
☟
图像生成在 GAN 和 VAE 诞生后得到了很快的发展，现在围绕 GAN 的论文十分火热。在计算机视觉顶会 CVPR 2018 上甚至有 8% 的论文标题中包含 GAN！
生成模型只能受限于 GAN 和 VAE 吗？近日著名人工智能研究组织OpenAI另辟蹊径，发布了其最新工作成果——Glow，一种基于流的生成模型。
玩法一：用Glow与其他人脸图像融合，毫无违和感啊！
你最想上传谁和谁的照片？
玩法二：用Glow模型控制人脸图像属性
加了胡子的Hinton，笑容调到最高，看起来更加硬朗！
Glow的作者在此之前已经基于流的生成模型提出过NICE [1] 和 RealNVP [2]，Glow 是在这两个模型基础上加入可逆 1 x 1 卷积进行的扩展。
Glow可以使用相对较少的数据，快速生成高清的逼真图像，具有GAN和VAE所不具备的精确操作潜在变量、需要内存少等优势。
Glow支持高效采样，并且可以自动学习图像中的属性特征，比如人的五官。
下图是使用Glow操纵两名研究人员面部图像的属性。模型在训练的时候并没有给出眼睛、年龄等属性标签，但Glow自己学习了一个潜在空间，其中某些方向对应胡须密度，年龄，发色等属性的变化(真是机智啊，可以用来预测自己留胡子好不好看了)
人脸混合过度的效果十分流畅：
下图使用30,000个高分辨率面部数据集进行训练后，Glow模型中的样本可以冒充真人照片了！你能看出下图是否是真人吗？
再放大来看，这个效果至少是不输给GAN的：
Glow模型生成一个256 x 256的样本，在NVIDIA1080 Ti GPU上只需要大约130ms。使用 reduced-temperature模型采样结果更好，上面展示的例子是温度0.7的结果。
Glow模型
Glow 的模型框架：
Glow实验
实验最初是比较 Glow 和 RealNVP，反转操作上 NICE 采用反转，RealNVP 采用固定随机排列，Glow 采用可逆 1 × 1 卷积，并且耦合方式也影响实验的效果，文章比较了加性耦合层和仿射耦合层的性能差距。通过在 CIFAR-10 数据集的平均负对数似然（每维度的比特）来衡量不同操作的差距，其中所有模型都经过 K = 32 和 L = 3 的训练，实验效果如下图：
可以从上图看出，Glow 采用的方法都取得了较小的平均负对数似然，这说明了在实验上是优于其他几个模型的。
为了验证 RealNVP 和Glow 整体的框架下的差距，实验进一步扩展，比较了CIFAR-10，ImageNet 和 LSUN 数据集上两者的差距，在相同预处理下得到的结果如下：
正如上面表格所显示的，模型在所有数据集上实现了显着的改进。
在高分辨率图像的生成上，Glow 使用了 CelebA-HQ 数据集，数据集包含 3 万张高分辨率的图片。在高分辨率下，多尺度的丰富可能会让得到的潜在变量具有更多的图像细节。试验中采用了退火算法来优化实验，在退火参数 T=0.7 时候，合成的随机样本如下图：
可以看到合成的图像质量和合理性都比价高，为了对潜在变量插值生成图像，实验以两组真实图片为依据，插值中间的过渡，生成的结果如下：
从上图能看出整体的过渡还是相当顺畅的，这也是Glow 在潜在变量精确推断的优势所在，这样的实验结果也是让人惊喜的！
为了生成更多含语义的图像，文章利用了一些标签来监督训练，对于不同人脸属性合成的图像如下：
退火模型对提高生成也是很重要的环节，文章对比了不同退火参数 T 下的实验效果，合理的 T 的选择对于实验效果还是很重要的。
为了说明模型深度（多尺度）的意义，文中对比了 L=4 和 L=6 的效果，可以看出多尺度对于整体模型的意义很大。
训练基于流的生成模型操纵属性的简单代码：
最后再来一波蜜汁变脸，没看够的朋友戳文末视频吧~
论文链接：
https://d4mucfpksywv.cloudfront.net/research-covers/glow/paper/glow.pdf
项目代码（TensorFlow）：
https://github.com/openai/glow
[1]. NICE: Non-linearindependent components estimation" Laurent Dinh, David Krueger, YoshuaBengio. ArXiv 2014.
[2]. Density estimationusing Real NVP. Ding et al, 2016.