這是一篇總結文，總結我看過的幾篇用GAN做影像翻譯的文章的“套路”。
首先，什麼是影像翻譯？
為了說清楚這個問題，下面我給出一個不嚴謹的形式化定義。我們先來看兩個概念。第一個概念是影像內容(content) 
，它是影像的固有內容，是區分不同影像的依據。第二個概念是影像域(domain)，域內的影像可以認為是影像內容被賦予了某些相同的屬性。舉個例子，我們看到一張貓的圖片，影像內容就是那隻特定的喵，如果我們給影像賦予彩色，就得到了現實中看到的喵；如果給那張影像賦予鉛筆畫屬性，就得到了一隻“鉛筆喵”。喵~
影像翻譯是指影像內容從一個域
遷移到另一個域
，可以看成是影像移除一個域的屬性 
，然後賦予另一個域的屬性
。我們用
和
來表示域
和域
的影像，影像翻譯任務即可以定義為，尋找一個合適的變換
使得
當然，還有一種影像翻譯，在翻譯的時候會把影像內容也換掉，下面介紹的方法也適用於這種翻譯，這種翻譯除了研究影像屬性的變化，還可以研究影像內容的變化，在這裡就不做討論了。
常見的GAN影像翻譯方法
下面簡單總結幾種GAN的影像翻譯方法。
- pix2pix
簡單來說，它就是跟cGAN。Generator的輸入不再是noise，而是影像。
- CycleGAN/DualGAN/DiscoGAN
要求影像翻譯以後翻回來還是它自己，實現兩個域影像的互轉。
- DTN
用一個encoder實現兩個域的共性編碼，透過特定域的decoder解碼，實現影像翻譯。
- FaderNets
用encoder編碼影像的內容，透過餵給它不同的屬性，得到內容的不同表達。
- IcGAN
依靠cGAN餵給它不同屬性得到不同表達的能力，學一個可逆的cGAN以實現圖想到影像的翻譯（傳統的cGAN是編碼+屬性到影像的翻譯）。
- GeneGAN
將影像編碼成內容和屬性，透過交換兩張圖的屬性，實現屬性的互轉。
- Face Age-cGAN
這篇是做同個人不同年齡的翻譯。依靠cGAN餵給它不同屬性（年齡）得到不同年齡的影像的能力，學cGAN的逆變換以得到影像內容的編碼，再透過人臉識別系統糾正編碼，實現保id。
影像翻譯方法的完備性
我認為一個影像翻譯方法要取得成功，需要能夠保證下面兩個一致性（必要性）：
- Content consistency（內容一致性）
- Domain consistency（論域一致性）
此外，我們也似乎也可以認為，滿足這兩點的影像翻譯方法是能work的（充分性）。
我把上述兩點稱為影像翻譯方法的完備性，換句話說，只要一個方法具備了上述兩個要求，它就應該能work。關於這個完備性的詳細論述，我會在以後給出。
下面，我們來看一下上述幾種方法是如何達成這兩個一致性的。
內容一致性
我把它們實現內容一致性的手段列在下面的表格裡了。
這裡有兩點需要指出。
其一，有兩個方法（IcGAN和Face Age-cGAN）依靠cGAN的能力，學cGAN的逆對映來實現影像換屬性，它們會有多個訓練階段，不是端到端訓練的方法。而cGAN訓練的好壞，以及逆對映的好壞對實驗結果影響會比較大，經過幾個階段的訓練，影像的內容損失會比較嚴重，實際中我們也可以觀察到 IcGAN 的實驗效果比較差。Face Age-cGAN透過引入人臉識別系統識別結果相同的約束，能夠對內容的編碼進行最佳化，可以起到一些緩解作用。
其二，DTN主要依靠TID loss來實現內容的一致性，而編碼一般來說是有損的，編碼相同只能在較大程度上保證內容相同。從DTN的emoji和人臉互轉的實驗我們也可以看出，emoji保id問題堪憂，參看下圖。
論域一致性
論域一致性是指，翻譯後的影像得是論域內的影像，也就是說，得有目標論域的共有屬性。用GAN實現的方法，很自然的一個實現論域一致性的方法就是，透過discriminator判斷影像是否屬於目標論域。
上述幾種影像翻譯的方法，它們實現論域一致性的手段可以分為兩種，參見下表。
此外，可以看到，FaderNets實現兩個一致性的方法都是剝離屬性和內容，而實現剝離手段則是對抗訓練。編碼層面的對抗訓練我認為博弈雙方不是勢均力敵，一方太容易贏得博弈，不難預料到它的訓練會比較tricky，訓練有效果應該不難達成，要想得到好的結果是比較難的。目前還沒有看到能夠完美復現的程式碼。文章的效果太好，好得甚至讓人懷疑。
最後的最後，放一個歌單，聽說聽這個歌單煉丹會更快哦。
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