Édition sémantique d’images à partir de requêtes textuelles

Text-Based Semantic Image Editing

• Auteur / Autrice : Guillaume Couairon
• Direction : Matthieu Cord, Holger Schwenk, Jakob Verbeek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 06/07/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des systèmes intelligents et de robotique (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Favre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zeynep Akata
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tinne Tuytelaars, Joost Van de Weijer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux neuronaux (informatique)

Apprentissage automatique

Vision par ordinateur

Traitement d'images -- Techniques numériques

Mots clés libres

Édition d'image

Apprentissage machine

Vision par ordinateur

Adaptation de réseaux

Modèles de diffusion

Espaces de représentations

Image editing

Machine Learning

Computer Vision

Neural network adaptation

Diffusion model

Multimodal embedding space

Résumé

L’objectif de cette thèse est de proposer des algorithmes pour la tâche d’édition d’images basée sur le texte (TIE), qui consiste à éditer des images numériques selon une instruction formulée en langage naturel. Par exemple, étant donné une image d’un chien et la requête "Changez le chien en un chat", nous voulons produire une nouvelle image où le chien a été remplacé par un chat, en gardant tous les autres aspects de l’image inchangés (couleur et pose de l’animal, arrière- plan). L’objectif de l’étoile du nord est de permettre à tout un chacun de modifier ses images en utilisant uniquement des requêtes en langage naturel. Une des spécificités de l’édition d’images basée sur du texte est qu’il n’y a pratiquement pas de données d’entraînement pour former un algorithme supervisé. Dans cette thèse, nous proposons différentes solutions pour l’édition d’images, basées sur l’adaptation de grands modèles multimodaux entraînés sur d’énormes ensembles de données. Nous étudions tout d’abord une configuration d’édition simplifiée, appelée édition d’image basée sur la recherche, qui ne nécessite pas de modifier directement l’image d’entrée. Au lieu de cela, étant donné l’image et la requête de modification, nous recherchons dans une grande base de données une image qui correspond à la modification demandée. Nous nous appuyons sur des modèles multimodaux d’alignement image/texte entraînés sur des ensembles de données à l’échelle du web (comme CLIP) pour effectuer de telles transformations sans aucun exemple. Nous proposons également le cadre SIMAT pour évaluer l’édition d’images basée sur la recherche. Nous étudions ensuite comment modifier directement l’image d’entrée. Nous proposons FlexIT, une méthode qui modifie itérativement l’image d’entrée jus- qu’à ce qu’elle satisfasse un "objectif d’édition" abstrait défini dans un espace d’intégration multimodal. Nous introduisons des termes de régularisation pour imposer des transformations réalistes. Ensuite, nous nous concentrons sur les modèles de diffusion, qui sont des modèles génératifs puissants capables de synthétiser de nouvelles images conditionnées par une grande variété d’invites textuelles. Nous démontrons leur polyvalence en proposant DiffEdit, un algorithme qui adapte les modèles de diffusion pour l’édition d’images sans réglage fin. Nous proposons une stratégie "zero-shot" pour trouver automatiquement où l’image initiale doit être modifiée pour satisfaire la requête de transformation de texte.

The aim of this thesis is to propose algorithms for the task of Text-based Image Editing (TIE), which consists in editing digital images according to an instruction formulated in natural language. For instance, given an image of a dog, and the query "Change the dog into a cat", we want to produce a novel image where the dog has been replaced by a cat, keeping all other image aspects unchanged (animal color and pose, background). The north-star goal is to enable anyone to edit their images using only queries in natural language. One specificity of text-based image editing is that there is practically no training data to train a supervised algorithm. In this thesis, we propose different solutions for editing images, based on the adaptation of large multimodal models trained on huge datasets. We first study a simplified editing setup, named Retrieval-based image edit- ing, which does not require to directly modify the input image. Instead, given the image and modification query, we search in a large database an image that corresponds to the requested edit. We leverage multimodal image/text alignment models trained on web-scale datasets (like CLIP) to perform such transformations without any examples. We also propose the SIMAT framework for evaluating retrieval-based image editing. We then study how to directly modify the input image. We propose FlexIT, a method which iteratively changes the input image until it satisfies an abstract "editing objective" defined in a multimodal embedding space. We introduce a variety of regularization terms to enforce realistic transformations. Next, we focus on diffusion models, which are powerful generative models able to synthetize novel images conditioned on a wide variety of textual prompts. We demonstrate their versatility by proposing DiffEdit, an algorithm which adapts diffusion models for image editing without finetuning. We propose a zero-shot strategy for finding automatically where the initial image should be changed to satisfy the text transformation query. Finally, we study a specific challenge useful in the context of image editing: how to synthetize a novel image by giving as constraint a spatial layout of objects with textual descriptions, a task which is known as Semantic Image Synthesis. We adopt the same strategy, consisting in adapting diffusion models to solve the task without any example. We propose the ZestGuide algorithm, which leverages the spatio-semantic information encoded in the attention layers of diffusion models.