展开菜单
首页 精品内容 本月促销 装机必备 Windows macOS软件 IOS软件 Android AI PDF教程 专题
全部分类

当前位置:

首页 > 业界资讯 > 你大脑中的画面,现在可以高清还原了

你大脑中的画面,现在可以高清还原了

近几年,图像生成领域取得了巨大的进步,尤其是文本到图像生成方面取得了重大突破:只要我们用文本描述自己的想法,AI就能生成新奇又逼真的图像。但其实我们可以更进一步——将头脑中的想法转化为文本这一步可以省去,直接通过脑活动(如EEG(脑电图)记录)来控制图像的生成创作。这种「思维到图像」的生成方式有着广阔的应用前景。例如,它能极大提高艺术创作的效率,并帮助人们捕捉稍纵即逝的灵感;它也有可能将人们夜晚的梦境进行可视化;它甚至可能用于心理治疗,帮助自闭症儿童和语言障碍患者。最近,来自清华大学深圳国际研究生院、腾讯

近几年,图像生成领域取得了巨大的进步,尤其是文本到图像生成方面取得了重大突破:只要我们用文本描述自己的想法,AI 就能生成新奇又逼真的图像。

但其实我们可以更进一步 —— 将头脑中的想法转化为文本这一步可以省去,直接通过脑活动(如 EEG(脑电图)记录)来控制图像的生成创作。

这种「思维到图像」的生成方式有着广阔的应用前景。例如,它能极大提高艺术创作的效率,并帮助人们捕捉稍纵即逝的灵感;它也有可能将人们夜晚的梦境进行可视化;它甚至可能用于心理治疗,帮助自闭症儿童和语言障碍患者。

最近,来自清华大学深圳国际研究生院、腾讯 AI Lab 和鹏城实验室的研究者们联合发表了一篇「思维到图像」的研究论文,利用预训练的文本到图像模型(比如 Stable Diffusion)强大的生成能力,直接从脑电图信号生成了高质量的图像。

你大脑中的画面,现在可以高清还原了图片

论文地址:https://arxiv.org/pdf/2306.16934.pdf

项目地址:https://github.com/bbaaii/DreamDiffusion

方法概述

近期一些相关研究(例如 MinD-Vis)尝试基于 fMRI(功能性磁共振成像信号)来重建视觉信息。他们已经证明了利用脑活动重建高质量结果的可行性。然而,这些方法与理想中使用脑信号进行快捷、高效的创作还差得太远,这主要有两点原因:

首先,fMRI 设备不便携,并且需要专业人员操作,因此捕捉 fMRI 信号很困难;

其次,fMRI 数据采集的成本较高,这在实际的艺术创作中会很大程度地阻碍该方法的使用。

相比之下,EEG 是一种无创、低成本的脑电活动记录方法,并且现在市面上已经有获得 EEG 信号的便携商用产品。

但实现「思维到图像」的生成还面临两个主要挑战:

1)EEG 信号通过非侵入式的方法来捕捉,因此它本质上是有噪声的。此外,EEG 数据有限,个体差异不容忽视。那么,如何从如此多的约束条件下的脑电信号中获得有效且稳健的语义表征呢?

2)由于使用了 CLIP 并在大量文本 - 图像对上进行训练,Stable Diffusion 中的文本和图像空间对齐良好。然而,EEG 信号具有其自身的特点,其空间与文本和图像大不相同。如何在有限且带有噪声的 EEG - 图像对上对齐 EEG、文本和图像空间?

为了解决第一个挑战,该研究提出,使用大量的 EEG 数据来训练 EEG 表征,而不是仅用罕见的 EEG 图像对。该研究采用掩码信号建模的方法,根据上下文线索预测缺失的 token。

不同于将输入视为二维图像并屏蔽空间信息的 MAE 和 MinD-Vis,该研究考虑了 EEG 信号的时间特性,并深入挖掘人类大脑时序变化背后的语义。该研究随机屏蔽了一部分 token,然后在时间域内重建这些被屏蔽的 token。通过这种方式,预训练的编码器能够对不同个体和不同脑活动的 EEG 数据进行深入理解。

对于第二个挑战,先前的解决方法通常直接对 Stable Diffusion 模型进行微调,使用少量噪声数据对进行训练。然而,仅通过最终的图像重构损失对 SD 进行端到端微调,很难学习到脑信号(例如 EEG 和 fMRI)与文本空间之间的准确对齐。因此,研究团队提出采用额外的 CLIP 监督,帮助实现 EEG、文本和图像空间的对齐。

具体而言,SD 本身使用 CLIP 的文本编码器来生成文本嵌入,这与之前阶段的掩码预训练 EEG 嵌入非常不同。利用 CLIP 的图像编码器提取丰富的图像嵌入,这些嵌入与 CLIP 的文本嵌入很好地对齐。然后,这些 CLIP 图像嵌入被用于进一步优化 EEG 嵌入表征。因此,经过改进的 EEG 特征嵌入可以与 CLIP 的图像和文本嵌入很好地对齐,并更适合于 SD 图像生成,从而提高生成图像的质量。

基于以上两个精心设计的方案,该研究提出了新方法 DreamDiffusion。DreamDiffusion 能够从脑电图(EEG)信号中生成高质量且逼真的图像。

你大脑中的画面,现在可以高清还原了图片

具体来说,DreamDiffusion 主要由三个部分组成:

1)掩码信号预训练,以实现有效和稳健的 EEG 编码器;

2)使用预训练的 Stable Diffusion 和有限的 EEG 图像对进行微调;

3)使用 CLIP 编码器,对齐 EEG、文本和图像空间。

首先,研究人员利用带有大量噪声的 EEG 数据,采用掩码信号建模,训练 EEG 编码器,提取上下文知识。然后,得到的 EEG 编码器通过交叉注意力机制被用来为 Stable Diffusion 提供条件特征。

你大脑中的画面,现在可以高清还原了图片

为了增强 EEG 特征与 Stable Diffusion 的兼容性,研究人员进一步通过在微调过程中减少 EEG 嵌入与 CLIP 图像嵌入之间的距离,进一步对齐了 EEG、文本和图像的嵌入空间。

实验与分析

与 Brain2Image 对比

研究人员将本文方法与 Brain2Image 进行比较。Brain2Image 采用传统的生成模型,即变分自编码器(VAE)和生成对抗网络(GAN),用于实现从 EEG 到图像的转换。然而,Brain2Image 仅提供了少数类别的结果,并没有提供参考实现。

鉴于此,该研究对 Brain2Image 论文中展示的几个类别(即飞机、南瓜灯和熊猫)进行了定性比较。为确保比较公平,研究人员采用了与 Brain2Image 论文中所述相同的评估策略,并在下图 5 中展示了不同方法生成的结果。

下图第一行展示了 Brain2Image 生成的结果,最后一行是研究人员提出的方法 DreamDiffusion 生成的。可以看到 DreamDiffusion 生成的图像质量明显高于 Brain2Image 生成的图像,这也验证了本文方法的有效性。

你大脑中的画面,现在可以高清还原了图片

消融实验

预训练的作用:为了证明大规模 EEG 数据预训练的有效性,该研究使用未经训练的编码器来训练多个模型进行验证。其中一个模型与完整模型相同,而另一个模型只有两层的 EEG 编码层,以避免数据过拟合。在训练过程中,这两个模型分别进行了有 / 无 CLIP 监督的训练,结果如表 1 中 Model 列的 1 到 4 所示。可以看到,没有经过预训练的模型准确性有所降低。

你大脑中的画面,现在可以高清还原了

mask ratio:本文还研究了用 EEG 数据确定 MSM 预训练的最佳掩码比。如表 1 中的 Model 列的 5 到 7 所示,过高或过低的掩码比会对模型性能都会产生不利影响。当掩码比为 0.75 达到最高的整体准确率。这一发现至关重要,因为这表明,与通常使用低掩码比的自然语言处理不同,在对 EEG 进行 MSM 时,高掩码比是一个较好的选择。

CLIP 对齐:该方法的关键之一是通过 CLIP 编码器将 EEG 表征与图像对齐。该研究进行实验验证了这种方法的有效性,结果如表 1 所示。可以观察到,当没有使用 CLIP 监督时,模型的性能明显下降。实际上,如图 6 右下角所示,即使在没有预训练的情况下,使用 CLIP 对齐 EEG 特征仍然可以得到合理的结果,这凸显了 CLIP 监督在该方法中的重要性。

你大脑中的画面,现在可以高清还原了图片

本文内容来源于互联网,如有侵权请联系删除。
作者最新文章
业界资讯 AI
相关文章 更多
精品专题 更多
本月促销

正软商城本月促销专区,汇集办公、设计、安全、影音、系统工具及AI软件等正版软件优惠活动,提供限时折扣、特价授权和优惠购买信息,活动库存及价格以页面实时展示为准。

装机必备

正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

Windows

正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

macOS软件

正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

IOS软件

正软商城iOS软件专区,精选适用于iPhone和iPad的办公、学习、影音、设计、效率及AI应用,提供功能介绍、适用设备、系统要求和正版获取方式等信息。

AI

正软商城AI软件专区,汇集AI写作、AI绘画、AI视频、AI办公、AI编程、AI翻译、智能客服和数据分析等人工智能工具,提供功能介绍、适用平台、收费方式及正版购买信息。

PDF教程

正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

Mac软件 更多
灵活计算器
灵活计算器

灵活计算器是一款笔记式算数应用,支持实时计算、动态关联和云端同步功能。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

赤友清理大师
赤友清理大师

赤友清理大师是一款为 Mac 设计的智能清理优化工具,可精准扫描垃圾、大文件、重复文件等,释放磁盘空间。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

极度公式
极度公式

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

图几
图几

图几是一款适用于 macOS 的截图、标注与美化工具,支持离线操作保障隐私。界面整理和高频系统操作被放到一起考虑,桌面或窗口内容一多时,管理起来会更省心。

密码键盘
密码键盘

密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

思源笔记
思源笔记

思源笔记是一款本地笔记软件,提供所见即所得的编辑方式,为长文写作带来顺滑的体验。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

Office 365 简体中文
Office 365 简体中文

一款文字处理软件,一种订阅式的跨平台办公软件,基于云平台提供多种服务,通过将 Excel 和 Outlook 等应用与 OneDrive 和 Microsoft Teams 等强大的云服务相结合,Office 365 可让任何人使用任何设备随时随地创建和共享内容。

WALTR PRO
WALTR PRO

WALTR是一款电脑至iOS文件传输转换工具,操作简单,快速实现文件识别与传送。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

CodeExpander
CodeExpander

CodeExpander 是一款快捷短语输入增强工具,通过键入缩写自动展开为自定义文段,提升工作效率。任务管理和过程控制会更完整,持续下载、批量同步或需要稳定传输流程的场景会更适合它。

Mountain Duck
Mountain Duck

Mountain Duck 是一款能将多个网盘挂载到本地的工具,像本地磁盘一样使用网盘。清理链路的完整性会更好一些,做应用卸载、残留处理和空间整理时,通常能少走很多手动排查步骤。

Menuist
Menuist

Menuist 是一款面向 macOS 的 Finder 右键菜单增强工具,主要用来补充新建文件、快捷导航等常用操作,让日常文件管理和访问路径时更高效、更顺手。

Mole
Mole

Mole 是一款专为 Mac 设计的深度清理优化工具,涵盖缓存清理、应用管理及实时状态监控等功能。清理链路的完整性会更好一些,做应用卸载、残留处理和空间整理时,通常能少走很多手动排查步骤。

WINDOWS 更多
Windows 10
Windows 10

Windows 10 是一款微软推出的经典操作系统,拥有硬件兼容性与多任务处理能力。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起,适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

极度公式
极度公式

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

密码键盘
密码键盘

密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

思源笔记
思源笔记

思源笔记是一款本地笔记软件,提供所见即所得的编辑方式,为长文写作带来顺滑的体验。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

傲梅轻松备份
傲梅轻松备份

傲梅轻松备份是一款专业易用的数据备份软件,为重要数据提供安全保障。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

Office 365 简体中文
Office 365 简体中文

一款文字处理软件,一种订阅式的跨平台办公软件,基于云平台提供多种服务,通过将 Excel 和 Outlook 等应用与 OneDrive 和 Microsoft Teams 等强大的云服务相结合,Office 365 可让任何人使用任何设备随时随地创建和共享内容。

Wise Folder Hider Pro
Wise Folder Hider Pro

Wise Folder Hider Pro 是一款专业级文件和文件夹隐藏加密软件,为私密数据添加多重保护。高频操作更强调就近处理,浏览、整理和跨目录移动文件时,来回切换和重复点击都会少很多。

WALTR PRO
WALTR PRO

WALTR是一款电脑至iOS文件传输转换工具,操作简单,快速实现文件识别与传送。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

CodeExpander
CodeExpander

CodeExpander 是一款快捷短语输入增强工具,通过键入缩写自动展开为自定义文段,提升工作效率。任务管理和过程控制会更完整,持续下载、批量同步或需要稳定传输流程的场景会更适合它。

PinStack
PinStack

PinStack是一款轻量级的Windows平台剪贴板管理工具,优化您的剪贴板使用体验。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起,适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

Mountain Duck
Mountain Duck

Mountain Duck 是一款能将多个网盘挂载到本地的工具,像本地磁盘一样使用网盘。清理链路的完整性会更好一些,做应用卸载、残留处理和空间整理时,通常能少走很多手动排查步骤。

Seer
Seer

Seer是一款在Win平台下的空格键功能增强效率工具,只需轻敲空格键,就能预览几乎任何格式的文件。它更适合把零散的小功能集中起来使用,处理高频琐碎任务时会更省事。