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Yinhuai Wang, Peking University Shenzhen Graduate School, China, arXiv, Cited:0, Code, Paper.
无噪声的复原任务可以表示为:
y
=
A
x
y=Ax
y=Ax,其中
x
∈
R
D
×
1
,
A
∈
R
d
×
D
,
y
∈
R
d
×
1
x\in \mathbb{R}^{D\times1}, A\in \mathbb{R}^{d\times D}, y\in \mathbb{R}^{d\times1}
x∈RD×1,A∈Rd×D,y∈Rd×1。图像复原任务通常要生存符合以下两个约束的估计
x
^
\hat{x}
x^:
C
o
n
s
i
s
t
e
n
c
y
:
A
x
^
≡
y
,
R
e
a
l
n
e
s
s
:
x
^
∼
q
(
x
)
Consistency: A\hat{x} \equiv y,\quad Realness: \hat{x} \sim q(x)
Consistency:Ax^≡y,Realness:x^∼q(x)
这里
q
(
x
)
q(x)
q(x)是GT图像
x
x
x的分布。
对于一致性(Consistency),我们可以利用范围零空间分解(range-null space decomposition)。给定线性算子
A
∈
R
d
×
D
A\in \mathbb{R}^{d\times D}
A∈Rd×D,他的伪逆
A
†
∈
R
D
×
d
A^{\dagger}\in \mathbb{R}^{D\times d}
A†∈RD×d满足
A
A
†
A
≡
A
AA^{\dagger}A \equiv A
AA†A≡A。由于
A
A
†
A
x
≡
A
x
AA^{\dagger}Ax \equiv Ax
AA†Ax≡Ax,
A
†
A
A^{\dagger}A
A†A可以看作是将样本
x
x
x映射到A的范围空间(range-space)的算子。而由于
A
(
I
−
A
†
A
)
≡
0
A(I-A^{\dagger}A) \equiv 0
A(I−A†A)≡0,则
(
I
−
A
†
A
)
(I-A^{\dagger}A)
(I−A†A)可以看作是将样本
x
x
x映射到A的零空间(null-space)的算子。什么是range-space和null-space?.有趣的是,任何样本
x
x
x可以被分解为两部分:
x
≡
A
†
A
x
+
(
I
−
A
†
A
)
x
x \equiv A^{\dagger}Ax+(I-A^{\dagger}A)x
x≡A†Ax+(I−A†A)x
此外,左边乘
A
A
A有,
A
x
≡
A
A
†
A
x
+
A
(
I
−
A
†
A
)
x
≡
A
x
+
0
≡
y
Ax\equiv AA^{\dagger}Ax+A(I-A^{\dagger}A)x \equiv Ax+0 \equiv y
Ax≡AA†Ax+A(I−A†A)x≡Ax+0≡y。我们还发现,对于降质图像
y
y
y,我们可以直接重构通用解
x
^
\hat{x}
x^,并满足一致性,
x
^
=
A
†
y
+
(
I
−
A
†
A
)
x
ˉ
\hat{x}=A^{\dagger}y+(I-A^{\dagger}A)\bar{x}
x^=A†y+(I−A†A)xˉ。这里
x
ˉ
\bar{x}
xˉ决定着
x
^
∼
q
(
x
)
\hat{x} \sim q(x)
x^∼q(x),因此我们的目标是找到一个合适的
x
ˉ
\bar{x}
xˉ保证真实性(Realness)。我们知道,在DDPM中
x
0
x_{0}
x0是可以被估计出来的,第
t
t
t步的估计可表示为:
x
0
∣
t
=
1
α
t
ˉ
(
x
t
−
Z
θ
(
x
t
,
t
)
1
−
α
t
ˉ
)
x_{0|t}=\frac{1}{\sqrt{\bar{\alpha_{t}}}}(x_{t}-\mathcal{Z}_{\theta}(x_{t},t)\sqrt{1-\bar{\alpha_{t}}})
x0∣t=αtˉ
1(xt−Zθ(xt,t)1−αtˉ
)
因此我们可以获得修正估计
x
^
0
∣
t
=
A
†
y
+
(
I
−
A
†
A
)
x
0
∣
t
\hat{x}_{0|t} = A^{\dagger}y+(I-A^{\dagger}A)x_{0|t}
x^0∣t=A†y+(I−A†A)x0∣t,最后我们可以用这个估计来从
p
(
x
t
−
1
∣
x
t
,
x
^
0
∣
t
)
p(x_{t-1}|x_{t},\hat{x}_{0|t})
p(xt−1∣xt,x^0∣t)采样
x
t
−
1
x_{t-1}
xt−1。算法下图所示:
Coming soon.
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