告别Photoshop 神经网络磨皮技术解密

技术宅

说到磨皮、美颜、去皱等这些美容操作，很多人第一时间想到的就是Photoshop。的确Photoshop可以很方便地实现上述美容，不过Photoshop操作难度大，上手不易也是公认的，对于大部分人说，要熟练掌握Photoshop绝非易事。但是随着手机拍照的流行，照片美容又有很大的需求。随着人工智能技术的普及，通过神经网络技术对图片进行智能处理可以获得更好的Photoshop效果。

黑科技？神经网络是个什么鬼

说到神经网络，很多朋友都会认为这是一个高大上的概念。从生物学角度来说，人类复杂的神经系统是由数目繁多的神经元组合而成，它们互相联结形成神经网络，经过对信息的分析和综合，再通过运动神经发出控制信息，从而实现各种精密活动，如识别各种物体、学习各种知识、完成各种逻辑判断等。

随着人工智能技术的发展，科学家开发出人工神经网络，它的构成原理和功能特点等方面更加接近人脑。它不是按给定的程序一步一步地执行运算，而是能够自身适应环境、总结规律、完成某种运算、识别或过程控制。比如多伦多大学的Krizhevsky等人构造了一个超大型卷积神经网络，有9层，共65万个神经。第一层神经元只能识别颜色和简单纹理，但是第五层的一些神经元可以识别出花、圆形屋顶、键盘、乌、黑眼圈等更为抽象丰富的物体（图1）。因此神经网络实际上是基于人工智能技术而形成的一种和人类神经网络相似的网络系统。

媲美Photoshop 神经网络磨皮技术背后

如上所述，现在神经网络技术发展已经非常迅猛，而且运用在各个领域。神经网络磨皮则是指该技术在照片识别和美化方面的运用。那么它是怎样实现对照片的美化？在Photoshop中磨皮操作是用户先选中人脸区域，然后再使用Photoshop内置的方法实现磨皮。神经网络磨皮原理类似，只不过这些操作是自动完成的。

首先是对照片人脸识别。要实现对照片的美容就必须先精确识别人脸，由于人脸有五官这个显著特征，因此神经网络磨皮技术只要通过机器对一定数量的人脸照片进行识别、读取，然后就可以精确识别人脸。它的原理和常见的人脸识别技术类似（图2）。

其次则是美化。在完成人脸识别后就需要对美化操作进行机器学习，以磨皮为例。因为人脸的每个年龄阶段皮肤性质是不同的，为了达到更真实的磨皮效果，神经网络磨皮是实现用户“回到”幼年或者“穿越”到老年脸部皮肤的效果。研究人员将年龄段分类为0～18岁、19～29岁、30～39岁、40～49岁、50～59岁和60岁以上这几个阶段（图3）。

然后准备两个深度学习机器同时工作。两个机器一个用来生成人脸，一个用来鉴别人脸。而且两个机器会通过分析人脸图像，提前学习到各年龄段人脸大概是什么样子的。在每个年龄分组里，研究人员让机器学习超过5000张标记过年龄的人脸图像。通过大量的照片学习后，机器就可以学会每个年龄分组内的标签，它可以准确知道每个人不同年龄阶段的脸部特征。这样无论你是要磨皮为年轻时的皮肤光滑、圆润状态，还是要变为50岁以后皱褶、粗糙的皮肤，神经磨皮都可以轻松帮助你实现。

当然学习有个通病，就是在合成过程中，机器可能会丧失掉图片原有的识别资料（1D）。为了解决这个问题，上述介绍中的人脸鉴别机器就发挥功效了。它通过查看这个照片的识别资料是不是唯一的，如果不是的话照片则会被拒绝输出。研究人员让机器合成10000张从数据库中抽取出来的人像，这些照片之前从未用来训练机器。然后他们用开发的软件程序来检测训练前后的两张照片是否为同一个人，测试结果显示有80%经训练的照片都被认为和原照片是同一个人（而作为对比，用其他方法加工照片，平均测试结果只有50%）。举个简单例子，如果40岁的用户将自己磨皮为20岁的样子，如果软件程序来检测训练前后的两张照片为同一个人，那么就输出磨皮效果，从而让用户可以轻松磨皮到20岁的状态。这样经过训练的神经磨皮算法可以很真实地实现人脸的磨皮。

神经网络 不僅仅是磨皮

从上述介绍可以知道，神经网络磨皮技术可以让用户可以很轻松地熟悉磨皮操作。对于用户来说，磨皮操作极为简单，他们只要输入年龄数字，一切磨皮效果都可以通过程序内部算法自动实现。

这看似简单的操作背后，实际上是人工智能、机器深度学习、大数据技术的综合体现。当然这只是神经网络在照片美化中的一个简单应用，类似的神经网络系统早已经运用在生活中的方方面面。如前段时间围棋界网红阿尔法狗，这只“狗”正是通过深度学习大量围棋技术，通过智能学习成为打败人类的围棋高手（图4）。当然平时我们经常接触到的反垃圾邮件系统、百度大数据搜索等都可以看到神经网络的影子。神经网络越多应用在生活各个领域，为我们的工作和学习带来越大的便利！