基于Python实现的人像卡通化

拼搏现实的明天。 2024-03-26 23:06 74阅读 0赞

[资源下载地址][Link 1]：https://download.csdn.net/download/sheziqiong/88297333  
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### 简介 ###

人像卡通风格渲染的目标是，在保持原图像 ID 信息和纹理细节的同时，将真实照片转换为卡通风格的非真实感图像。我们的思路是，从大量照片/卡通数据中习得照片到卡通画的映射。一般而言，基于成对数据的 pix2pix 方法能达到较好的图像转换效果，但本任务的输入输出轮廓并非一一对应，例如卡通风格的眼睛更大、下巴更瘦；且成对的数据绘制难度大、成本较高，因此我们采用 unpaired image translation 方法来实现。

Unpaired image translation 流派最经典方法是 CycleGAN，但原始 CycleGAN 的生成结果往往存在较为明显的伪影且不稳定。近期的论文 U-GAT-IT 提出了一种归一化方法——AdaLIN，能够自动调节 Instance Norm 和 Layer Norm 的比重，再结合 attention 机制能够实现精美的人像日漫风格转换。

与夸张的日漫风不同，我们的卡通风格更偏写实，要求既有卡通画的简洁 Q 萌，又有明确的身份信息。为此我们增加了 Face ID Loss，使用预训练的人脸识别模型提取照片和卡通画的 ID 特征，通过余弦距离来约束生成的卡通画。

此外，我们提出了一种 Soft-AdaLIN（Soft Adaptive Layer-Instance Normalization）归一化方法，在反规范化时将编码器的均值方差（照片特征）与解码器的均值方差（卡通特征）相融合。

模型结构方面，在 U-GAT-IT 的基础上，我们在编码器之前和解码器之后各增加了 2 个 hourglass 模块，渐进地提升模型特征抽象和重建能力。

由于实验数据较为匮乏，为了降低训练难度，我们将数据处理成固定的模式。首先检测图像中的人脸及关键点，根据人脸关键点旋转校正图像，并按统一标准裁剪，再将裁剪后的头像输入人像分割模型去除背景。

![6fd22d3290875dc96f267cf40b4aefad.png][]

### Start ###

#### 安装依赖库 ####

项目所需的主要依赖库如下：

*  python 3.6
 *  pytorch 1.4
 *  tensorflow-gpu 1.14
 *  face-alignment
 *  dlib
 *  onnxruntime

#### Clone： ####

git clone https://github.com/minivision-ai/photo2cartoon.git
    cd ./photo2cartoon

#### 下载资源 ####

[谷歌网盘][Link 2] | [百度网盘][Link 3] 提取码:y2ch

1.  人像卡通化预训练模型：photo2cartoon\_weights.pt(20200504 更新)，存放在 `models` 路径下。
2.  头像分割模型：seg\_model\_384.pb，存放在 `utils` 路径下。
3.  人脸识别预训练模型：model\_mobilefacenet.pth，存放在 `models` 路径下。（From: [InsightFace\_Pytorch][InsightFace_Pytorch]）
4.  卡通画开源数据：`cartoon_data`，包含 `trainB` 和 `testB`。
5.  人像卡通化 onnx 模型：photo2cartoon\_weights.onnx [谷歌网盘][Link 4]，存放在 `models` 路径下。

#### 测试 ####

将一张测试照片（亚洲年轻女性）转换为卡通风格：

python test.py --photo_path ./images/photo_test.jpg --save_path ./images/cartoon_result.png

#### 测试 onnx 模型 ####

python test_onnx.py --photo_path ./images/photo_test.jpg --save_path ./images/cartoon_result.png

#### 训练 ####

**1.数据准备**

训练数据包括真实照片和卡通画像，为降低训练复杂度，我们对两类数据进行了如下预处理：

*  检测人脸及关键点。
 *  根据关键点旋转校正人脸。
 *  将关键点边界框按固定的比例扩张并裁剪出人脸区域。
 *  使用人像分割模型将背景置白。

![ab0cf08001899d5eeb6a896395e2ef76.png][]

我们开源了 204 张处理后的卡通画数据，您还需准备约 1000 张人像照片（为匹配卡通数据，尽量使用亚洲年轻女性照片，人脸大小最好超过 200x200 像素），使用以下命令进行预处理：

python data_process.py --data_path YourPhotoFolderPath --save_path YourSaveFolderPath

将处理后的数据按照以下层级存放，`trainA`、`testA` 中存放照片头像数据，`trainB`、`testB` 中存放卡通头像数据。

├── dataset
        └── photo2cartoon
            ├── trainA
                ├── xxx.jpg
                ├── yyy.png
                └── ...
            ├── trainB
                ├── zzz.jpg
                ├── www.png
                └── ...
            ├── testA
                ├── aaa.jpg 
                ├── bbb.png
                └── ...
            └── testB
                ├── ccc.jpg 
                ├── ddd.png
                └── ...

**2.训练**

重新训练:

python train.py --dataset photo2cartoon

加载预训练参数:

python train.py --dataset photo2cartoon --pretrained_weights models/photo2cartoon_weights.pt

多 GPU 训练(仍建议使用 batch\_size=1，单卡训练):

python train.py --dataset photo2cartoon --batch_size 4 --gpu_ids 0 1 2 3

### Q&A ###

##### Q：为什么开源的卡通化模型与小程序中的效果有差异？ #####

A：开源模型的训练数据收集自互联网，为了得到更加精美的效果，我们在训练小程序中卡通化模型时，采用了定制的卡通画数据（200 多张），且增大了输入分辨率。此外，小程序中的人脸特征提取器采用自研的识别模型，效果优于本项目使用的开源识别模型。

##### Q：如何选取效果最好的模型？ #####

A：首先训练模型 200k iterations，然后使用 FID 指标挑选出最优模型，最终挑选出的模型为迭代 90k iterations 时的模型。

##### Q：关于人脸特征提取模型。 #####

A：实验中我们发现，使用自研的识别模型计算 Face ID Loss 训练效果远好于使用开源识别模型，若训练效果出现鲁棒性问题，可尝试将 Face ID Loss 权重置零。

##### Q：人像分割模型是否能用与分割半身像？ #####

A：不能。该模型是针对本项目训练的专用模型，需先裁剪出人脸区域再输入。

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[Link 1]: https://download.csdn.net/download/sheziqiong/88297333
[6fd22d3290875dc96f267cf40b4aefad.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/11/46cd3877e3ee42fb8d47803f1b9c61e7.png
[Link 2]: https://drive.google.com/open?id=1lsQS8hOCquMFKJFhK_z-n03ixWGkjT2P
[Link 3]: https://pan.baidu.com/s/1MsT3-He3UGipKhUi4OcCJw
[InsightFace_Pytorch]: https://github.com/TreB1eN/InsightFace_Pytorch
[Link 4]: https://drive.google.com/file/d/1PhwKDUhiq8p-UqrfHCqj257QnqBWD523/view?usp=sharing
[ab0cf08001899d5eeb6a896395e2ef76.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/11/9ca1334d4bab4ab6a3813d00af2fc31e.png