[人工智能]自监督动作迁移、衣服迁移-MUST-GAN论文解读

创新点

姿态引导人体图像生成通常使用源图与目标图成对数据进行训练，因此数据准备成本比较大，本文提出方法从人体图像分离病转移多层次外观特征，并将它们与姿态特征进行合并进而重构源图，这种自监督方式不需要成对样本；
MUST-GAN贡献如下：
1、提出自监督图像生成方案，不需要成对数据；
2、提出多层级统计量迁移网络，解耦外表特征，用于灵活控制人体外观和姿势属性；
3、在姿态迁移和衣服风格变换任务上取得SOTA。

算法

MUST-GAN结构如图2，

MUST-GAN主要包括四部分：
两个分别用于人体外观和姿态的编码器、多层统计变换网络（MUST）、多层统计匹配生成网络。

Pose Encoder

编码关键点heatmap $P_a$以及关键点连接map $P_{a\_con}$到高维空间，用于引导生成网络。

Appearance Encoder

获取人体语义分割map $S_a$，与人体图相乘得到$I_{a\_parts}$，将复杂人体分割为几部分。外观编码器为了提取不同层级的丰富鲁棒特征用于MUST模块。

Multi-level Statistics Transfer(MUST)

为了有效解耦及迁移外观属性，作者提出MUST，MUST使用外观编码器输出由浅到深4层特征，如图2b。
1、对每层特征使用channel attention（CA）获取自适应权重，通过卷积层降低channel到合适生成网络的大小（Conv）；
2、提取每层特征的统计量（均值、方差）（SE），统计量可以表征风格信息；
3、使用多个FC层（Trans）转换提取到的属性统计量，便于学习生成器中统计量的映射；
如图3，MUST可以获取并迁移更准确外观属性。

MUST网络可以表示为式2，

Multi-level Statistics Matching Generator

多层级统计量匹配生成器其由4个统计量匹配残差网络（SE ResBlock）构成，如图2c，过程如下：
1、从MUST获取的统计量通过AdaIN应用于生成器；
2、使用多层级残差网络作为生成器backbone，使用可学习skip connection补充残差结构；
3、双线性上采样用于逐步增加特征图分辨率；
4、最终通过1X1卷积进行重构，其结合各个channel特征。

Discriminator

两个判别器：$D_I$和$D_P$分别进行人体图及姿态图判别；
其中对于$D_P$增加姿势连接图$P_{a\_con}$，两个判别器均使用残差网络及降采样卷积层。

损失函数

损失函数如式7，包括对抗损失、重构损失、感知损失、风格损失：

对抗损失：
如式3，包含$D_I$和$D_P$两个判别器，使得生生成人体图像更加真实；

重构损失：
如式4，使得生成图像与原始图像像素级匹配。

感知损失：
如式5，在特征层级进行约束；

风格损失：
如式6，为了进一步改善纹理颜色等外观属性相似性；使用Gram矩阵计算输入图与生成图激活层之间统计量差值；

实验

生成质量比较

表1为与现有无监督方法，在DeepFashion数据集上比较结果，

表2为与现有无监督方法，在DeepFashion数据集上比较结果，

与SOTA方法比较如图5，

消融实验

作者对MUST模块、CA机制、 姿态连接图(PCM) 进行消融实验，结果如表3

衣服迁移

衣服迁移结果如图6

Test in The Wild

自然环境下目标迁移测试如图7，作者将目标进行分割，放置到干净背景上，减少背景干扰。

结论

作者提出新颖的多层级统计量迁移模型。实现自监督人体图像生成；在成对训练数据缺失时，解耦并迁移外观及姿态属性。

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