Fréchetov incepčný rozdiel (FID)

Fréchetov incepčný rozdiel (FID) je metrika používaná na hodnotenie kvality obrázkov generovaných generatívnymi modelmi, najmä generatívnymi kontradiktórnymi sieťami (GAN). Na rozdiel od predchádzajúcich metrík ako Inception Score (IS) porovnáva FID rozdelenie generovaných obrázkov s rozdelením reálnych obrázkov, čím poskytuje komplexnejšie hodnotenie kvality a rozmanitosti obrázkov.

Definícia Fréchetovho incepčného rozdielu (FID)

Kombinácia Fréchetovej vzdialenosti a Inception modelu

Pojem „Fréchetov incepčný rozdiel“ spája dva kľúčové koncepty:

1. Fréchetova vzdialenosť: Zavedená Mauriceom Fréchetom v roku 1906, táto metrika kvantifikuje podobnosť medzi dvoma krivkami. Dá sa predstaviť ako minimálna „dĺžka vodítka“ potrebná na spojenie psa a jeho vodiča, ktorí kráčajú po rôznych cestách. Fréchetova vzdialenosť má využitie v rôznych oblastiach, ako je rozpoznávanie písma, robotika či geografické informačné systémy.

2. Inception model: Vyvinutý spoločnosťou Google, model Inception-v3 je architektúra konvolučnej neurónovej siete, ktorá premieňa surové obrázky do latentného priestoru, kde sú matematicky reprezentované vlastnosti obrázkov. Tento model je obzvlášť užitočný na analýzu vlastností na viacerých mierkach a miestach v rámci obrázka.

Ako sa FID meria

FID sa vypočítava podľa týchto krokov:

1. Predspracovanie obrázkov: Zmena veľkosti a normalizácia obrázkov na zabezpečenie kompatibility.
2. Extrakcia reprezentácií vlastností: Použitie modelu Inception-v3 na prevod obrázkov na číselné vektory reprezentujúce rôzne vlastnosti.
3. Výpočet štatistík: Výpočet priemeru a kovariančnej matice vlastností reálnych a generovaných obrázkov.
4. Výpočet Fréchetovej vzdialenosti: Porovnanie priemerov a kovariančných matíc na výpočet vzdialenosti.
5. Získanie FID: Konečné skóre FID sa získa porovnaním Fréchetovej vzdialenosti medzi reálnymi a generovanými obrázkami. Nižšie skóre znamená vyššiu podobnosť.

Účel Fréchetovho incepčného rozdielu (FID)

Hodnotenie kvality a rozmanitosti obrázkov

FID sa primárne používa na hodnotenie vizuálnej kvality a rozmanitosti obrázkov generovaných GANmi. Plní viacero účelov:

• Realistickosť: Zabezpečuje, že generované obrázky vyzerajú ako reálne.
• Rozmanitosť: Hodnotí, či sú generované obrázky dostatočne odlišné od seba navzájom a od tréningových údajov.

Využitie

• Hodnotenie modelov: FID slúži na porovnanie rôznych generatívnych modelov a ich variantov.
• Kontrola kvality: Pomáha identifikovať a odfiltrovať nereálne obrázky, napríklad tie s anatomickými chybami v generovaných ľudských tvárach.

FID vs. Inception Score (IS)

Historický kontext

Inception Score (IS) bola jednou z prvých metrík zavedených na hodnotenie GANov, pričom sa zameriavala na kvalitu a rozmanitosť jednotlivých obrázkov. Má však určité obmedzenia, ako je citlivosť na veľkosť obrázka a slabá korelácia s ľudským hodnotením.

Výhody FID

FID, zavedený v roku 2017, tieto obmedzenia prekonáva porovnaním štatistických vlastností generovaných obrázkov s vlastnosťami reálnych obrázkov. Stal sa štandardnou metrikou na hodnotenie GANov vďaka schopnosti účinnejšie zachytiť podobnosť medzi reálnymi a generovanými obrázkami.

Obmedzenia FID

Aj keď je FID robustná a široko používaná metrika, má svoje obmedzenia:

• Špecifickosť domény: FID dobre funguje pre obrázky, ale nemusí byť taký účinný pre iné typy generatívnych modelov, ako sú tie, ktoré generujú text alebo zvuk.
• Výpočtová náročnosť: Výpočet FID môže byť náročný na zdroje a vyžaduje značný výpočtový výkon.