用于Stable Diffusion的 ControlNet 简介
用于Stable Diffusion的 ControlNet 简介
更好地控制文本到图像的生成
本教程介绍了使用 HuggingFace 的 diffusers 包通过 ControlNet 生成文本到图像的技术指南。
ControlNet 是一种通过添加额外条件来控制 Stable Diffusion 模型的神经网络结构。它提供了一种在文本到图像生成过程中通过条件输入（例如 涂鸦、边缘图、分割图、姿势关键点 等）增强 Stable Diffusion 的方法。因此，生成的图像将更加接近 ControlNet 中的输入图像的要求，这比图像到图像生成等传统方法有很大改进。
此外，可以使用消费级 GPU 上的小型数据集来训练 ControlNet 模型。然后，可以使用任何预先训练的Stable Diffusion模型来增强该模型，以生成文本到图像。
ControNet 的初始版本带有以下checkpoint：
- Canny edge — 黑色背景上有白色边缘的单色图像。
- Depth/Shallow areas — 灰度图像，黑色代表深层区域，白色代表浅层区域。
- Normal map — 法线映射图像。
- Semantic segmentation map — ADE20K的分割协议图像。
- HED edge — 黑色背景上带有白色软边缘的单色图像。
- Scribbles — 黑色背景上带有白色轮廓的手绘单色图像。
- OpenPose bone (pose keypoints) — OpenPose 骨骼图像。
- M-LSD line — 黑色背景上仅由白色直线组成的单色图像。
让我们继续下一部分的设置和安装。
安装
强烈建议在安装 diffusers 包之前创建一个新的虚拟环境。
diffusers
激活虚拟环境并运行以下命令安装稳定版本的diffusers模块：
pip install diffusersPS: ControlNet 需要 diffusers>=0.14.0
对于最新版本的 diffusers 软件包，请按如下方式安装：
pip install git+https://github.com/huggingface/diffusersaccelerate
您可以 accelerate 按如下方式安装该模块：
pip install accelerate本教程包含一些依赖于 的代码片段 accelerate>=0.17.0 ，在撰写本文时尚未在 PyPi 上发布。安装最新版本如下：
pip install git+https://github.com/huggingface/accelerateOpenCV-Python
请注意，根据不同的 ControlNet，预处理器和依赖项会有所不同。为简单起见，本教程将介绍 canny edge 处理器，该处理器取决于软件包 opencv-python 。
opencv-python 有 4 种不同的依赖包。官方文档推荐使用 opencv-contrib-python 依赖包，但可以使用以下任何依赖包来完成推理：
- opencv-python — 主包
- opencv-contrib-python — 完整包（附带 contrib/额外模块）
- opencv-python-headless — 没有 GUI 的主包
- opencv-contrib-python-headless — 没有 GUI 的完整包
通过以下命令安装它（可以根据您的喜好替换依赖包名称）：
pip install opencv-contrib-pythoncontrolnet-aux
另一方面，OpenPose 处理器需要 controlnet-aux 依赖包。运行以下命令来安装它：
pip install controlnet-auxxformers（可选）
xformers 依赖包显着提高了推理速度。最新版本附带了对 PyTorch 1.13.1 的pip wheels 支持。
Pip install (win/linux)
对于那些使用 torch==1.13.1 的工程师，只需运行以下命令即可安装 xformers ：
pip install -U xformersConda (linux)
对于 conda 用户，安装支持torch==1.12.1或torch==1.13.1
conda install xformers从源头构建
对于其他工程师，请考虑 xformers 直接从源代码构建：
# (Optional) Makes the build much faster
pip install ninja
# Set TORCH_CUDA_ARCH_LIST if running and building on different GPU types
pip install -v -U git+https://github.com/facebookresearch/xformers.git@main#egg=xformers
# (this can take dozens of minutes)实现
让我们探讨如何利用 canny edge ControlNet 进行图像生成。它需要 canny edge 图像作为输入。
Canny
创建一个名为 canny_inference.py 的新文件，并添加以下import语句：
import cv2
import numpy as np
from PIL import Image然后，继续添加以下代码片段，从现有图像创建 canny edge 图像
import cv2
import numpy as np
from PIL import Image
image = Image.open('input.png')
image = np.array(image)
low_threshold = 100
high_threshold = 200
image = cv2.Canny(image, low_threshold, high_threshold)
image = image[:, :, None]
image = np.concatenate([image, image, image], axis=2)
canny_image = Image.fromarray(image)
canny_image.save('canny.png')保存文件并运行以下命令将图像转换为 canny edge 图像：
python canny_inference.py看一下如下例子：
下一步是使用 canny 图像作为条件输入来执行推理。修改导入语句如下：
import cv2
+import torch
import numpy as np
from PIL import Image
+from diffusers import StableDiffusionControlNetPipeline, ControlNetModel, DPMSolverMultistepScheduler通过初始化 ControlNet 和 Stable Diffusion pipelines 来更新代码：
...
canny_image = Image.fromarray(image)
# canny_image.save('canny.png')
# for deterministic generation
generator = torch.Generator(device='cuda').manual_seed(12345)
controlnet = ControlNetModel.from_pretrained(
"lllyasviel/sd-controlnet-canny",
torch_dtype=torch.float16
)
pipe = StableDiffusionControlNetPipeline.from_pretrained(
"runwayml/stable-diffusion-v1-5",
controlnet=controlnet,
torch_dtype=torch.float16
)
# change the scheduler
pipe.scheduler = DPMSolverMultistepScheduler.from_config(pipe.scheduler.config)
# enable xformers (optional), requires xformers installation
pipe.enable_xformers_memory_efficient_attention()
# cpu offload for memory saving, requires accelerate>=0.17.0
pipe.enable_model_cpu_offload()运行推理并保存生成的图像：
...
# cpu offload for memory saving, requires accelerate>=0.17.0
pipe.enable_model_cpu_offload()
image = pipe(
"a beautiful lady, celebrity, red dress, dslr, colour photo, realistic, high quality",
negative_prompt="cropped, out of frame, worst quality, low quality, jpeg artifacts, ugly, blurry, bad anatomy, bad proportions",
num_inference_steps=20,
generator=generator,
image=canny_image,
controlnet_conditioning_scale=0.5
).images[0]
image.save('output.png')接受 StableDiffusionControlNetPipeline 以下参数：
- controlnet_conditioning_scale — controlnet 的输出先乘以 controlnet_conditioning_scale ，然后再添加到原始unet 的残差中。 controlnet_conditioning_scale 默认为 1.0 并接受 0.0 – 1.0 之间的任何值。
运行脚本，您应该得到以下输出：
让我们使用不同的输入图像和设置再次重新运行脚本：
...
image = pipe(
- "a beautiful lady, celebrity, red dress, dslr, colour photo, realistic, high quality",
+ "a beautiful lady wearing blue yoga pants working out on beach, realistic, high quality",
negative_prompt="cropped, out of frame, worst quality, low quality, jpeg artifacts, ugly, blurry, bad anatomy, bad proportions",
num_inference_steps=20,
generator=generator,
image=canny_image,
- controlnet_conditioning_scale=0.5
+ controlnet_conditioning_scale=1.0
).images[0]
image.save('tmp/output.png')输出如下：
OpenPose
让我们尝试使用 OpenPose 骨骼图像作为条件输入。看一下下图作为其外观的参考：
controlnet-aux 模块提供将图像转换为 OpenPose 骨骼图像的支持。创建一个名为 pose_inference.py 的新 Python 文件并添加以下import：
import torch
from PIL import Image
from controlnet_aux import OpenposeDetector
from diffusers import StableDiffusionControlNetPipeline, ControlNetModel, DPMSolverMultistepScheduler继续添加以下代码片段：
...
image = Image.open('input.png')
openpose = OpenposeDetector.from_pretrained('lllyasviel/ControlNet')
pose_image = openpose(image)
pose_image.save('pose.png')保存文件并运行以下命令将图像转换为 OpenPose 骨骼图像：
python pose_inference.py请看以下示例以供参考：
通过附加以下代码行来完成脚本：
...
# for deterministic generation
generator = torch.Generator(device='cuda').manual_seed(12345)
controlnet = ControlNetModel.from_pretrained(
"lllyasviel/sd-controlnet-openpose",
torch_dtype=torch.float16
)
pipe = StableDiffusionControlNetPipeline.from_pretrained(
"runwayml/stable-diffusion-v1-5",
controlnet=controlnet,
torch_dtype=torch.float16
)
# change the scheduler
pipe.scheduler = DPMSolverMultistepScheduler.from_config(pipe.scheduler.config)
# enable xformers (optional), requires xformers installation
pipe.enable_xformers_memory_efficient_attention()
# cpu offload for memory saving, requires accelerate>=0.17.0
pipe.enable_model_cpu_offload()
# cpu offload for memory saving, requires accelerate>=0.17.0
pipe.enable_model_cpu_offload()
image = pipe(
"a beautiful hollywood actress wearing black dress attending award winning event, red carpet stairs at background",
negative_prompt="cropped, out of frame, worst quality, low quality, jpeg artifacts, ugly, blurry, bad anatomy, bad proportions",
num_inference_steps=20,
generator=generator,
image=pose_image,
controlnet_conditioning_scale=1.0
).images[0]
image.save('output.png')运行脚本，输出如下：
ControlNet 是一种极其强大的神经网络结构，可以通过添加额外条件来控制扩散模型。
PS：在撰写本文时，开源社区仍在积极开发对 Multi-ControlNet的支持。
新功能提供了一种使用多个 ControlNet 并将输出添加在一起以生成图像的方法，从而可以更好地控制整个图像。只需传入
import torch
from diffusers import StableDiffusionControlNetPipeline, ControlNetModel
controlnet_canny = ControlNetModel.from_pretrained("lllyasviel/sd-controlnet-canny",
torch_dtype=torch.float16).to("cuda")
controlnet_pose = ControlNetModel.from_pretrained("lllyasviel/sd-controlnet-openpose",
torch_dtype=torch.float16).to("cuda")
pipe = StableDiffusionControlNetPipeline.from_pretrained(
"runwayml/stable-diffusion-v1-5", torch_dtype=torch.float16,
controlnet=[
controlnet_pose,
controlnet_canny
],
).to("cuda")
image = pipe(prompt='...',
image=[pose_image, canny_image],
).images[0]
image.save("output.png")当使用多个 ControlNet 时，您可以通过controlnet_conditioning_scale传入浮点数列表作为输入参数来控制比例因子，如下所示：
controlnet_conditioning_scale=[1.0, 0.5]结论
让我们回顾一下今天的学习要点。
本文首先简要介绍 ControlNet 和支持的模型列表。
然后，通过 pip install 继续设置和安装步骤。
随后，它继续使用 opencv-python 以获得 canny edge 图像。然后将输出用作文本到图像生成的条件输入。
除此之外，本教程还解释了如何使用 OpenPose 骨骼图像作为条件输入。 controlnet-aux 模块可以方便地将图像转换为 OpenPose 图像。
感谢您阅读这篇文章。祝你有美好的一天！
参考
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