Fréchet-inception-etäisyys (FID)

Fréchet-inception-etäisyys (FID) on mittari, jolla arvioidaan generatiivisten mallien, erityisesti Generative Adversarial Network -verkkojen (GANien), tuottamien kuvien laatua. Toisin kuin aiemmat mittarit, kuten Inception Score (IS), FID vertaa generoituja kuvia oikeiden kuvien jakaumaan tarjoten kokonaisvaltaisemman arvion kuvan laadusta ja monimuotoisuudesta.

Fréchet-inception-etäisyyden (FID) määritelmä

Fréchet-etäisyyden ja Inception-mallin yhdistäminen

Termi “Fréchet-inception-etäisyys” yhdistää kaksi keskeistä käsitettä:

1. Fréchet-etäisyys: Maurice Fréchet esitteli tämän mittarin vuonna 1906, ja sillä mitataan kahden käyrän samankaltaisuutta. Se voidaan mieltää lyhimmäksi “talutushihnaksi”, joka yhdistää koiran ja sen taluttajan, kun kumpikin kävelee eri polkuja. Fréchet-etäisyys on käytössä muun muassa käsialantunnistuksessa, robotiikassa ja paikkatietojärjestelmissä.

2. Inception-malli: Googlen kehittämä Inception-v3 -malli on konvoluutiohermoverkkoarkkitehtuuri, joka muuntaa raakatason kuvat latenttitilaan, jossa kuvien matemaattiset ominaisuudet tulevat esiin. Tämä malli on erityisen hyödyllinen analysoitaessa piirteitä eri mittakaavoissa ja kohdissa kuvaa.

FID:n mittaaminen

FID lasketaan seuraavien vaiheiden avulla:

1. Kuvien esikäsittely: Kuvien koon muuttaminen ja normalisointi yhteensopivuuden varmistamiseksi.
2. Piirre-edustusten poiminta: Inception-v3 -mallilla muunnetaan kuvat numeerisiksi vektoreiksi, jotka edustavat erilaisia piirteitä.
3. Tilastollisten suureiden laskeminen: Sekä aitojen että generoituja kuvien piirteille lasketaan keskiarvo ja kovarianssimatriisi.
4. Fréchet-etäisyyden laskeminen: Verrataan keskiarvoja ja kovarianssimatriiseja etäisyyden laskemiseksi.
5. FID-arvon saaminen: Lopullinen FID-arvo saadaan vertaamalla realeiden ja generoituja kuvien Fréchet-etäisyyttä. Pienempi arvo tarkoittaa suurempaa samankaltaisuutta.

Fréchet-inception-etäisyyden (FID) tarkoitus

Kuvan laadun ja monimuotoisuuden arviointi

FID:tä käytetään ensisijaisesti GANien generoimien kuvien visuaalisen laadun ja monimuotoisuuden arviointiin. Sillä on useita käyttötarkoituksia:

• Realistisuus: Varmistaa, että generoituja kuvia muistuttavat aitoja kuvia.
• Monimuotoisuus: Arvioi, eroavatko generoituja kuvat riittävästi toisistaan ja harjoitusaineistosta.

Käyttökohteet

• Mallien arviointi: FID:tä käytetään vertailemaan eri generatiivisia malleja ja niiden variaatioita.
• Laadunvalvonta: Auttaa tunnistamaan ja suodattamaan epärealistisia kuvia, kuten anatomisesti virheellisiä kasvoja.

FID vs. Inception Score (IS)

Historiallinen tausta

Inception Score (IS) oli yksi ensimmäisistä GANien arviointiin kehitetystä mittareista, ja se keskittyi yksittäisten kuvien laatuun ja monimuotoisuuteen. Mittarissa on kuitenkin puutteita, kuten herkkyys kuvan koolle ja huono yhteys ihmisen tekemään arvioon.

FID:n edut

Vuonna 2017 esitelty FID ratkaisee nämä puutteet vertaamalla generoituja ja aitoja kuvia tilastollisesti. Siksi siitä on tullut vakiomittari GANien arviointiin, koska se mittaa tehokkaammin oikeiden ja generoituja kuvien samankaltaisuutta.

FID:n rajoitukset

Vaikka FID on vankka ja laajasti käytetty mittari, siinä on rajoituksia:

• Aineistokohtaisuus: FID toimii hyvin kuvien kanssa, mutta ei ole yhtä tehokas muiden generatiivisten mallien, kuten tekstin tai äänen, arvioinnissa.
• Laskennallinen raskaus: FID:n laskeminen vaatii paljon laskentatehoa.