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基于文章《Elucidating the Design Space of DiffusionBased Generative Models》来统一扩散模型框架 💡 统一扩散模型框架： 通用扩散模型框架推导 加噪公式 Flow Matching的一步加噪公式 Score Matching的一步加噪公式 DDPM/DDIM的一步加噪公式 其中， [Math] 都是原始图像， [Math] 通用加噪公式形式探索 发现这三者存在一定的规律，写成一个通用形式： 那这个形式一定对应一个随机微分方程，这个方程的解可以描述 x_t 分布的变化： 根据DDPM和SMLD的推导结果，实际上 我们通常将漂移项简化为线性形式： [公式] 简化后的SDE形式为： [公式] 均值 SDE均值定义： m(t) = E[x...

🔖 https://stability.ai/news/stablediffusion3researchpaper 概述 SD3 模型与训练策略改进细节 SD3除了将去噪网络从 UNet 改成 DiT 外，SD3 还在模型结构与训练策略上做了很多小改进： 改变训练时噪声采样方法 将一维位置编码改成二维位置编码 提升 VAE 隐空间通道数 对注意力 QK 做归一化以确保高分辨率下训练稳定 本文会简单介绍这些改进。 论文阅读 核心贡献 介绍 Stable Diffusion 3 (SD3) 的文章标题为 Scaling Rectified Flow Transformers for HighResolution Image Synthesis。与其说它是一篇技术报告，更不如说它是一篇论文，因为它...

SD模型原理 SD是CompVis、Stability AI和LAION等公司研发的一个文生图模型，它的模型和代码是开源的，而且训练数据LAION5B也是开源的。SD在开源90天github仓库就收获了33K的stars，可见这个模型是多受欢迎。 SD是一个基于latent的扩散模型，它在UNet中引入text condition来实现基于文本生成图像。SD的核心来源于Latent Diffusion这个工作，常规的扩散模型是基于pixel的生成模型，而Latent Diffusion是基于latent的生成模型，它先采用一个autoencoder将图像压缩到latent空间，然后用扩散模型来生成图像的latents，最后送入autoencoder的decoder模块就可以得到生成的图像。 ...

💡 Flowbased Models Normalizing Flow Normalizing Flow 是一种基于变换对概率分布进行建模的模型，其通过一系列离散且可逆的变换实现任意分布与先验分布（例如标准高斯分布）之间的相互转换。在 Normalizing Flow 训练完成后，就可以直接从高斯分布中进行采样，并通过逆变换得到原始分布中的样本，实现生成的过程。（有关 Normalizing Flow 的详细理论） 从这个角度看，Normalizing Flow 和 Diffusion Model 是有一些相通的，其做法的对比如下表所示。从表中可以看到，两者大致的过程是非常类似的，尽管依然有些地方不一样，但这两者应该可以通过一定的方法得到一个比较统一的表示。 Continuous Norma...

扩散模型的物理背景 点云扩散过程 初中化学/物理就学过扩散运动，布朗运动就是一种典型的扩散过程。如果你忘了，可以复习复习： 布朗运动是指悬浮在液体或气体中的微粒所做的永不停息的无规则运动。其因由英国植物学家布朗所发现而得名。作布朗运动的微粒的直径一般为 105103 厘米，这些小的微粒处于液体或气体中时，由于液体分子的热运动，微粒受到来自各个方向液体分子的碰撞，当受到不平衡的冲撞时而运动，由于这种不平衡的冲撞，微粒的运动不断地改变方向而使微粒出现不规则的运动。布朗运动的剧烈程度随着流体的温度升高而增加。 刚才说的物理背景，重点就是：这是一种从有序到无序的过程。在深度学习中，什么是最典型的无序？没错，就是噪声。 除此之外，这种有序和无序之间的转换，在生成模型中大有用处。理论上任何生成模型都能应...

💡 随机微分 在DDPM中，扩散过程被划分为了固定的T步，还是用DDPM中的类比来说，就是“拆楼”和“建楼”都被事先划分为了T步，这个划分有着相当大的人为性。事实上，真实的“拆”、“建”过程应该是没有刻意划分的步骤的，我们可以将它们理解为一个在时间上连续的变换过程，可以用随机微分方程（Stochastic Differential Equation，SDE）来描述。 为此，我们用下述SDE描述前向过程（“拆楼”）： [公式] 相信很多读者都对SDE很陌生，笔者也只是在硕士阶段刚好接触过一段时间，略懂皮毛。不过不懂不要紧，我们只需要将它看成是下述离散形式在 [Math] 时的极限： [公式] 再直白一点，如果假设拆楼需要1天，那么拆楼就是 [Math] 从 t=0 到 t=1 的变化过程，每一...

💡 扩散模型：通过加噪的方式去学习原始数据的分布， 从学到的分布中去生成样本 “拆楼建楼”角度理解 很多文章在介绍DDPM时，上来就引入转移分布，接着就是变分推断，一堆数学记号下来，先吓跑了一群人（当然，从这种介绍我们可以再次看出，DDPM实际上是VAE而不是扩散模型），再加之人们对传统扩散模型的固有印象，所以就形成了“需要很高深的数学知识”的错觉。事实上，DDPM也可以有一种很“大白话”的理解，它并不比有着“造假鉴别”通俗类比的GAN更难。 首先，我们想要做一个像GAN那样的生成模型，它实际上是将一个随机噪声 [Math] 变换成一个数据样本 [Math] 的过程： [公式] 我们可以将这个过程想象为“建设”，其中随机噪声 [Math] 是砖瓦水泥等原材料，样本数据 [Math] 是高楼大...

Diffusion Models from SDE 连续扩散模型 (Continuous Diffusion Models) 将传统的离散时间扩散过程扩展到连续时间域,可以被视为一个随机过程，使用随机微分方程(SDE)来描述。其前向过程可以写成如下形式： [公式] 其中， f(x,t) 可以看成偏移系数， g(t) 可以看成是扩散系数， dw 是标准布朗运动。这个SDE 描述了数据在连续时间域内如何被噪声逐渐破坏。 这个随机过程的逆向过程存在（更准确的描述：下面的逆向时间SDE具有与正向过程SDE相同的联合分布）为 [公式] 前面我们得到了扩散过程的逆向过程可以用一个SDE描述(逆向随机过程),事实上，存在一个确定性过程 (用ODE描述)也是它的逆向过程 (更准确的描述：这个ODE过程的在任...

ControlNet应该算是2023年文生图领域最重要的工作，它让文生图模型Stable Diffusion实现了文本之外的可控生成，让AI绘画实现了质的飞跃。这篇文章我们将简单总结一下ControlNet技术细节。 模型设计 ControlNet的模型结构如下所示，这里是直接复制一份SD的上半部分：Encoder和中间的Middle Block。 ControlNet的输入和原始的SD一样，包括noisy latents、time embedding以及text embedding。除此之外，ControlNet还需要引入额外的condition，这个condition是和原图一样大小的图像，比如canny边界图或者人体骨架图。这里并没有像SD那样采用VAE对condition进行编码，而...

技术分析 从方法上来看，条件控制生成的方式分两种：事后修改（ClassifierGuidance）和事前训练（ClassifierFree）。 对于大多数人来说，一个SOTA级别的扩散模型训练成本太大了，而分类器（Classifier）的训练还能接受，所以就想着直接复用别人训练好的无条件扩散模型，用一个分类器来调整生成过程以实现控制生成，这就是事后修改的ClassifierGuidance方案；而对于“财大气粗”的Google、OpenAI等公司来说，它们不缺数据和算力，所以更倾向于往扩散模型的训练过程中就加入条件信号，达到更好的生成效果，这就是事前训练的ClassifierFree方案。 ClassifierGuidance方案最早出自《Diffusion Models Beat GANs...

DDPM 有一个非常明显的问题：采样过程很慢。因为 DDPM 的反向过程利用了马尔可夫假设，所以每次都必须在相邻的时间步之间进行去噪，而不能跳过中间步骤。原始论文使用了 1000 个时间步，所以我们在采样时也需要循环 1000 次去噪过程，这个过程是非常慢的。 为了加速 DDPM 的采样过程，DDIM 在不利用马尔可夫假设的情况下推导出了 diffusion 的反向过程，最终可以实现仅采样 20～100 步的情况下达到和 DDPM 采样 1000 步相近的生成效果，也就是提速 10～50 倍。这篇文章将对 DDIM 的理论进行讲解，并实现 DDIM 采样的代码。 DDPM 的反向过程 首先我们回顾一下 DDPM 反向过程的推导，为了推导出 [Math] 这个条件概率分布，DDPM 利用贝叶斯...

💡 原本随机采样的DDPM模型中，也隐含了一个确定性的采样过程DDIM，它的连续极限也是一个ODE。 细想上述过程，可以发现不管是“DDPM→DDIM”还是“SDE→ODE”，都是从随机采样模型过渡到确定性模型，而如果我们一开始的目标就是ODE，那么该过程未免显得有点“迂回”了。在本文中，笔者尝试给出ODE扩散模型的直接推导，并揭示了它与雅可比行列式、热传导方程等内容的联系。 Rectified Flow 理论推导 微分方程 像GAN这样的生成模型，它本质上是希望找到一个确定性变换，能将从简单分布（如标准正态分布）采样出来的随机变量，变换为特定数据分布的样本。flow模型也是生成模型之一，它的思路是反过来，先找到一个能将数据分布变换简单分布的可逆变换，再求解相应的逆变换来得到一个生成模型。 ...