硬核解读Stable Diffusion（4）

SD unclip

Stability AI在2023年3月份，又放出了基于SD的另外一个模型：stable-diffusion-reimagine，它可以实现单个图像的变换，即image variations，目前该模型已经在在huggingface上开源：stable-diffusion-2-1-unclip。

这个模型是借鉴了OpenAI的DALLE2（又称unCLIP)，unCLIP是基于CLIP的image encoder提取的image embeddings作为condition来实现图像的生成。

SD unCLIP是在原来的SD模型的基础上增加了CLIP的image encoder的nosiy image embeddings作为condition。具体来说，它在训练过程中是对提取的image embeddings施加一定的高斯噪音（也是通过扩散过程），然后将noise level对应的time embeddings和image embeddings拼接在一起，最后再以class labels的方式送入UNet。在diffusers中，你可以调用StableUnCLIPImg2ImgPipeline来实现图像的变换：

import requests
import torch
from PIL import Image
from io import BytesIO
from diffusers import StableUnCLIPImg2ImgPipeline
#Start the StableUnCLIP Image variations pipeline
pipe = StableUnCLIPImg2ImgPipeline.from_pretrained(
    "stabilityai/stable-diffusion-2-1-unclip", torch_dtype=torch.float16, variation="fp16"
)
pipe = pipe.to("cuda")
#Get image from URL
url = "https://huggingface.co/datasets/hf-internal-testing/diffusers-images/resolve/main/stable_unclip/tarsila_do_amaral.png"
response = requests.get(url)
init_image = Image.open(BytesIO(response.content)).convert("RGB")
#Pipe to make the variation
images = pipe(init_image).images
images[0].save("tarsila_variation.png")

其实在SD unCLIP之前，已经有Lambda Labs开源的sd-image-variations-diffusers，它是在SD 1.4的基础上finetune的模型，不过实现方式是直接将text embeddings替换为image embeddings，这样也同样可以实现图像的变换。

这里SD unCLIP有两个版本：sd21-unclip-l和sd21-unclip-h，两者分别是采用OpenAI CLIP-L和OpenCLIP-H模型的image embeddings作为condition。如果要实现文生图，还需要像DALLE2那样训练一个prior模型，它可以实现基于文本来预测对应的image embeddings，我们将prior模型和SD unCLIP接在一起就可以实现文生图了。KakaoBrain这个公司已经开源了一个DALLE2的复现版本：Karlo，它是基于OpenAI CLIP-L来实现的，你可以基于这个模型中prior模块加上sd21-unclip-l来实现文本到图像的生成，目前这个已经集成了在StableUnCLIPPipeline中，或者基于stablediffusion官方仓库来实现。

SD的其它特色应用

在SD模型开源之后，社区和研究机构也基于SD实现了形式多样的特色应用，这里我们也选择一些比较火的应用来介绍一下。

个性化生成

个性化生成是指的生成特定的角色或者风格，比如给定自己几张肖像来利用SD来生成个性化头像。在个性化生成方面，比较重要的两个工作是英伟达的Textual Inversion 和谷歌的DreamBooth 。Textual Inversion 这个工作的核心思路是基于用户提供的3～5张特定概念（物体或者风格）的图像来学习一个特定的text embeddings，实际上只用一个word embedding就足够了。Textual Inversion 不需要finetune UNet，而且由于text embeddings较小，存储成本很低。目前diffusers库已经支持textual_inversion的训练。

DreamBooth 原本是谷歌提出的应用在Imagen上的个性化生成，但是它实际上也可以扩展到SD上（更新版论文已经增加了SD）。DreamBooth首先为特定的概念寻找一个特定的描述词[V]，这个特定的描述词只要是稀有的就可以，然后与Textual Inversion不同的是DreamBooth需要finetune UNet，这里为了防止过拟合，增加了一个class-specific prior preservation loss（基于SD生成同class图像加入batch里面训练）来进行正则化。

由于finetune了UNet，DreamBooth往往比Textual Inversion要表现的要好，但是DreamBooth的存储成本较高。目前diffusers库已经支持dreambooth训练，你也可以在sd-dreambooth-library中找到其他人上传的模型。DreamBooth和Textual Inversion是最常用的个性化生成方法，但其实除了这两种，还有很多其它的研究工作，比如Adobe提出的Custom Diffusion ，相比DreamBooth，它只finetune了UNet的attention模块的KV权重矩阵，同时优化一个新概念的token。

风格化finetune模型

SD的另外一大应用是采用特定风格的数据集进行finetune，这使得模型“过拟合”在特定的风格上 。之前比较火的novelai就是基于二次元数据在SD上finetune的模型，虽然它失去了生成其它风格图像的能力，但是它在二次元图像的生成效果上比原来的SD要好很多。

目前已经有很多风格化的模型在huggingface上开源，这里也列出一些：

• andite/anything-v4.0：二次元或者动漫风格图像

• dreamlike-art/dreamlike-diffusion-1.0：艺术风格图像

• prompthero/openjourney：mdjrny-v4风格图像

更多的模型可以直接在huggingface text-to-image模型库上找到。此外，很多基于SD进行finetune的模型开源在civitai上，你也可以在这个网站上找到更多风格的模型。值得说明的一点是，目前finetune SD模型的方法主要有两种：一种是直接finetune了UNet，但是容易过拟合，而且存储成本；另外一种低成本的方法是基于微软的LoRA ，LoRA本来是用于finetune语言模型的，但是现在已经可以用来finetune SD模型了，具体可以见博客Using LoRA for Efficient Stable Diffusion Fine-Tuning。

图像编辑

图像编辑也是SD比较火的应用方向，这里所说的图像编辑是指的是使用SD来实现对图片的局部编辑。这里列举两个比较好的工作：谷歌的prompt-to-prompt和加州伯克利的instruct-pix2pix。谷歌的prompt-to-prompt 的核心是基于UNet的cross attention maps来实现对图像的编辑，它的好处是不需要finetune模型，但是主要用在编辑用SD生成的图像。

谷歌后面的工作Null-text Inversion有进一步实现了对真实图片的编辑：

instruct-pix2pix 这个工作基于GPT-3和prompt-to-prompt构建了pair的数据集，然后在SD上进行finetune，它可以输入text instruct对图像进行编辑：

可控生成

可控生成是SD最近比较火的应用，这主要归功于ControlNet，基于ControlNet可以实现对很多种类的可控生成，比如边缘，人体关键点，草图和深度图等等。

其实在ControlNet之前，也有一些可控生成的工作，比如stable-diffusion-2-depth 也属于可控生成，但是都没有太火。我觉得ControlNet之所以火，是因为这个工作直接实现了各种各种的可控生成，而且训练的ControlNet可以迁移到其它基于SD finetune的模型上（见Transfer Control to Other SD1.X Models）：

与ControlNet同期的工作还有腾讯的T2I-Adapter以及阿里的composer-page：

stable-diffusion-webui

最后要介绍的一个比较火的应用stable-diffusion-webui其实是用来支持SD出图的一个web工具，它算是基于gradio框架实现了SD的快速部署，不仅支持SD的最基础的文生图、图生图以及图像inpainting功能，还支持SD的其它拓展功能，很多基于SD的拓展应用可以用插件的方式安装在webui上。

后话

在OpenAI最早放出DALLE2的时候，我曾被它生成的图像所惊艳到，但是我从来没有想到图像生成的AIGC会如此火爆，技术的发展太快了，这得益于互联网独有的开源精神。我想，没有SD的开源，估计这个方向可能还会沉寂一段时间。

参考

• High-Resolution Image Synthesis with Latent Diffusion Models
• https://huggingface.co/CompVis/stable-diffusion-v1-4
• https://huggingface.co/runwayml/stable-diffusion-v1-5
• https://github.com/huggingface/diffusers
• https://huggingface.co/blog/stable_diffusion
• https://github.com/CompVis/latent-diffusion
• https://laion.ai/blog/laion-5b/
• https://arxiv.org/abs/2303.05511
• https://arxiv.org/abs/2211.01324
• https://arxiv.org/abs/2205.11487
• https://keras.io/guides/keras_cv/generate_images_with_stable_diffusion/
• https://stability.ai/blog/stablediffusion2-1-release7-dec-2022