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Um dos mais excitantes desenvolvimentos na aprendizagem profunda para sair recentemente é transferência artística estilo , ou a capacidade de criar uma nova imagem, conhecido como um pastiche , baseado em duas imagens de entrada: um representando o estilo artístico e um representando o conteúdo.
Usando essa técnica, podemos gerar belas novas obras de arte em uma variedade de estilos.
Se você é novo no TensorFlow Lite e está trabalhando com Android, recomendamos explorar os seguintes aplicativos de exemplo que podem ajudá-lo a começar.
Se você estiver usando uma plataforma diferente do Android ou iOS, ou você já está familiarizado com os Lite APIs TensorFlow , você pode seguir este tutorial para aprender como aplicar a transferência de estilo em qualquer par de conteúdo e imagem do estilo com um pré-treinados TensorFlow Lite modelo. Você pode usar o modelo para adicionar transferência de estilo aos seus próprios aplicativos móveis.
O modelo é open-source no GitHub . Você pode retreinar o modelo com parâmetros diferentes (por exemplo, aumentar os pesos das camadas de conteúdo para fazer a imagem de saída parecer mais com a imagem de conteúdo).
Compreenda a arquitetura do modelo
Este modelo de transferência de estilo artístico consiste em dois submodelos:
- Estilo Prediciton Modelo: A MobilenetV2 baseado em rede neural que leva uma imagem estilo de entrada para um estilo de gargalo vector 100-dimensão.
- Estilo Transform Modelo: Uma rede neural que leva aplicar um vector estilo gargalo para uma imagem de conteúdo e cria uma imagem estilizada.
Se seu aplicativo só precisa oferecer suporte a um conjunto fixo de imagens de estilo, você pode calcular seus vetores de gargalo de estilo com antecedência e excluir o modelo de previsão de estilo do binário do seu aplicativo.
Configurar
Importar dependências.
import tensorflow as tf
print(tf.__version__)
2.6.0
import IPython.display as display
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as mpl
mpl.rcParams['figure.figsize'] = (12,12)
mpl.rcParams['axes.grid'] = False
import numpy as np
import time
import functools
Faça o download do conteúdo, das imagens de estilo e dos modelos pré-treinados do TensorFlow Lite.
content_path = tf.keras.utils.get_file('belfry.jpg','https://storage.googleapis.com/khanhlvg-public.appspot.com/arbitrary-style-transfer/belfry-2611573_1280.jpg')
style_path = tf.keras.utils.get_file('style23.jpg','https://storage.googleapis.com/khanhlvg-public.appspot.com/arbitrary-style-transfer/style23.jpg')
style_predict_path = tf.keras.utils.get_file('style_predict.tflite', 'https://tfhub.dev/google/lite-model/magenta/arbitrary-image-stylization-v1-256/int8/prediction/1?lite-format=tflite')
style_transform_path = tf.keras.utils.get_file('style_transform.tflite', 'https://tfhub.dev/google/lite-model/magenta/arbitrary-image-stylization-v1-256/int8/transfer/1?lite-format=tflite')
Downloading data from https://storage.googleapis.com/khanhlvg-public.appspot.com/arbitrary-style-transfer/belfry-2611573_1280.jpg 458752/458481 [==============================] - 0s 0us/step 466944/458481 [==============================] - 0s 0us/step Downloading data from https://storage.googleapis.com/khanhlvg-public.appspot.com/arbitrary-style-transfer/style23.jpg 114688/108525 [===============================] - 0s 0us/step 122880/108525 [=================================] - 0s 0us/step Downloading data from https://tfhub.dev/google/lite-model/magenta/arbitrary-image-stylization-v1-256/int8/prediction/1?lite-format=tflite 2834432/2828838 [==============================] - 0s 0us/step 2842624/2828838 [==============================] - 0s 0us/step Downloading data from https://tfhub.dev/google/lite-model/magenta/arbitrary-image-stylization-v1-256/int8/transfer/1?lite-format=tflite 286720/284398 [==============================] - 0s 0us/step 294912/284398 [===============================] - 0s 0us/step
Pré-processar as entradas
- A imagem de conteúdo e a imagem de estilo devem ser imagens RGB com valores de pixel sendo números float32 entre [0..1].
- O tamanho da imagem do estilo deve ser (1, 256, 256, 3). Recortamos a imagem centralmente e a redimensionamos.
- A imagem do conteúdo deve ser (1, 384, 384, 3). Recortamos a imagem centralmente e a redimensionamos.
# Function to load an image from a file, and add a batch dimension.
def load_img(path_to_img):
img = tf.io.read_file(path_to_img)
img = tf.io.decode_image(img, channels=3)
img = tf.image.convert_image_dtype(img, tf.float32)
img = img[tf.newaxis, :]
return img
# Function to pre-process by resizing an central cropping it.
def preprocess_image(image, target_dim):
# Resize the image so that the shorter dimension becomes 256px.
shape = tf.cast(tf.shape(image)[1:-1], tf.float32)
short_dim = min(shape)
scale = target_dim / short_dim
new_shape = tf.cast(shape * scale, tf.int32)
image = tf.image.resize(image, new_shape)
# Central crop the image.
image = tf.image.resize_with_crop_or_pad(image, target_dim, target_dim)
return image
# Load the input images.
content_image = load_img(content_path)
style_image = load_img(style_path)
# Preprocess the input images.
preprocessed_content_image = preprocess_image(content_image, 384)
preprocessed_style_image = preprocess_image(style_image, 256)
print('Style Image Shape:', preprocessed_style_image.shape)
print('Content Image Shape:', preprocessed_content_image.shape)
Style Image Shape: (1, 256, 256, 3) Content Image Shape: (1, 384, 384, 3)
Visualize as entradas
def imshow(image, title=None):
if len(image.shape) > 3:
image = tf.squeeze(image, axis=0)
plt.imshow(image)
if title:
plt.title(title)
plt.subplot(1, 2, 1)
imshow(preprocessed_content_image, 'Content Image')
plt.subplot(1, 2, 2)
imshow(preprocessed_style_image, 'Style Image')
Executar transferência de estilo com TensorFlow Lite
Predição de estilo
# Function to run style prediction on preprocessed style image.
def run_style_predict(preprocessed_style_image):
# Load the model.
interpreter = tf.lite.Interpreter(model_path=style_predict_path)
# Set model input.
interpreter.allocate_tensors()
input_details = interpreter.get_input_details()
interpreter.set_tensor(input_details[0]["index"], preprocessed_style_image)
# Calculate style bottleneck.
interpreter.invoke()
style_bottleneck = interpreter.tensor(
interpreter.get_output_details()[0]["index"]
)()
return style_bottleneck
# Calculate style bottleneck for the preprocessed style image.
style_bottleneck = run_style_predict(preprocessed_style_image)
print('Style Bottleneck Shape:', style_bottleneck.shape)
Style Bottleneck Shape: (1, 1, 1, 100)
Transformação de estilo
# Run style transform on preprocessed style image
def run_style_transform(style_bottleneck, preprocessed_content_image):
# Load the model.
interpreter = tf.lite.Interpreter(model_path=style_transform_path)
# Set model input.
input_details = interpreter.get_input_details()
interpreter.allocate_tensors()
# Set model inputs.
interpreter.set_tensor(input_details[0]["index"], preprocessed_content_image)
interpreter.set_tensor(input_details[1]["index"], style_bottleneck)
interpreter.invoke()
# Transform content image.
stylized_image = interpreter.tensor(
interpreter.get_output_details()[0]["index"]
)()
return stylized_image
# Stylize the content image using the style bottleneck.
stylized_image = run_style_transform(style_bottleneck, preprocessed_content_image)
# Visualize the output.
imshow(stylized_image, 'Stylized Image')
Mistura de estilo
Podemos combinar o estilo da imagem do conteúdo na saída estilizada, o que, por sua vez, torna a saída mais parecida com a imagem do conteúdo.
# Calculate style bottleneck of the content image.
style_bottleneck_content = run_style_predict(
preprocess_image(content_image, 256)
)
# Define content blending ratio between [0..1].
# 0.0: 0% style extracts from content image.
# 1.0: 100% style extracted from content image.
content_blending_ratio = 0.5
# Blend the style bottleneck of style image and content image
style_bottleneck_blended = content_blending_ratio * style_bottleneck_content \
+ (1 - content_blending_ratio) * style_bottleneck
# Stylize the content image using the style bottleneck.
stylized_image_blended = run_style_transform(style_bottleneck_blended,
preprocessed_content_image)
# Visualize the output.
imshow(stylized_image_blended, 'Blended Stylized Image')
Benchmarks de desempenho
Números de benchmark de desempenho são gerados com a ferramenta descrita aqui .
Nome do modelo | Tamanho do modelo | Dispositivo | NNAPI | CPU | GPU |
---|---|---|---|---|---|
Modelo de predição de estilo (int8) | 2,8 Mb | Pixel 3 (Android 10) | 142ms | 14ms | |
Pixel 4 (Android 10) | 5,2 ms | 6,7ms | |||
iPhone XS (iOS 12.4.1) | 10,7ms | ||||
Modelo de transformação de estilo (int8) | 0,2 Mb | Pixel 3 (Android 10) | 540ms | ||
Pixel 4 (Android 10) | 405ms | ||||
iPhone XS (iOS 12.4.1) | 251ms | ||||
Modelo de predição de estilo (float16) | 4,7 Mb | Pixel 3 (Android 10) | 86ms | 28ms | 9,1 ms |
Pixel 4 (Android 10) | 32ms | 12ms | 10ms | ||
Modelo de transferência de estilo (float16) | 0,4 Mb | Pixel 3 (Android 10) | 1095ms | 545ms | 42ms |
Pixel 4 (Android 10) | 603ms | 377ms | 42ms |
* 4 fios usados.
** 2 threads no iPhone para o melhor desempenho.