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GPEN训练损失不下降？数据对质量检查实战方法

本镜像基于GPEN人像修复增强模型构建，预装了完整的深度学习开发环境，集成了推理及评估所需的所有依赖，开箱即用。

1. 镜像环境说明

主要依赖库：

• facexlib: 用于人脸检测与对齐
• basicsr: 基础超分框架支持
• opencv-python,numpy<2.0,datasets==2.21.0,pyarrow==12.0.1
• sortedcontainers,addict,yapf

2. 快速上手

2.1 激活环境

conda activate torch25

2.2 模型推理 (Inference)

进入代码目录并使用预置脚本进行推理测试：

cd /root/GPEN

使用下面命令进行推理测试，可以通过命令行参数灵活指定输入图片。

# 场景 1：运行默认测试图 # 输出将保存为: output_Solvay_conference_1927.png python inference_gpen.py # 场景 2：修复自定义图片 # 输出将保存为: output_my_photo.jpg python inference_gpen.py --input ./my_photo.jpg # 场景 3：直接指定输出文件名 # 输出将保存为: custom_name.png python inference_gpen.py -i test.jpg -o custom_name.png

推理结果将自动保存在项目根目录下，测试结果如下：

3. 已包含权重文件

为保证开箱即用及离线推理能力，镜像内已预下载以下模型权重（如果没有运行推理脚本会自动下载）：

• ModelScope 缓存路径：~/.cache/modelscope/hub/iic/cv_gpen_image-portrait-enhancement
• 包含内容：完整的预训练生成器、人脸检测器及对齐模型。

4. 训练损失不下降？常见原因分析

在使用 GPEN 进行人像修复模型训练时，开发者常遇到“训练损失长时间不下降”或“判别器/生成器损失震荡剧烈”的问题。这类现象往往并非由模型结构缺陷导致，而是源于数据准备阶段的质量控制不足。

4.1 数据对齐错误是首要诱因

GPEN 是一种基于 GAN Prior 的监督式图像增强方法，其训练依赖于高质量的(低质, 高质)图像对。若这对图像在语义、空间或像素级未对齐，则模型无法学习到有效的映射关系。

例如：

• 使用不同角度的人脸作为配对样本
• 合成低质图时进行了裁剪但高质原图未同步处理
• 降质过程引入了非均匀噪声或局部形变

这会导致模型在优化过程中不断“自我矛盾”，从而表现为损失停滞。

4.2 降质方式不合理

许多用户直接采用模糊、压缩等方式生成低质图像，但这些操作可能与真实退化场景差异较大，且缺乏多样性。

推荐做法：

• 使用BSRGAN或RealESRGAN提供的 degradation pipeline 生成更贴近现实的低分辨率图像
• 引入多种退化模式（如 JPEG 压缩、高斯噪声、运动模糊等）提升泛化能力

4.3 数据分布偏差大

如果训练集中包含大量极端光照、遮挡严重或姿态异常的图像，而验证集以正脸清晰为主，则会出现“训练损失下降但验证指标差”的情况。

建议：

• 对人脸关键点进行检测，筛选出偏转角过大（>30°）的样本用于特定任务微调而非主训练集
• 统一亮度、对比度范围，避免模型过度关注颜色校正而非纹理恢复

5. 数据对质量检查实战方法

要解决训练损失不下降的问题，必须从源头——数据对质量——入手。以下是可落地的数据质检流程。

5.1 可视化比对：最直观的方法

编写一个简单的可视化脚本，将高低质量图像并排显示：

import cv2 import numpy as np import os def visualize_pairs(hr_dir, lr_dir, num_samples=5): hr_files = sorted(os.listdir(hr_dir))[:num_samples] for f in hr_files: hr_path = os.path.join(hr_dir, f) lr_path = os.path.join(lr_dir, f) # 假设文件名一致 if not os.path.exists(lr_path): print(f"Missing LR file: {lr_path}") continue hr_img = cv2.imread(hr_path) lr_img = cv2.imread(lr_path) # Resize LR to match HR size for comparison lr_resized = cv2.resize(lr_img, (hr_img.shape[1], hr_img.shape[0]), interpolation=cv2.INTER_NEAREST) # Concatenate horizontally concat = np.hstack([lr_resized, hr_img]) cv2.imshow("LR (left) vs HR (right)", concat) cv2.waitKey(0) cv2.destroyAllWindows() # 调用示例 visualize_pairs("/data/ffhq_hr_512", "/data/ffhq_lr_512")

提示：重点关注五官是否对齐、发型轮廓是否一致、是否有明显错位或扭曲。

5.2 关键点一致性检测

利用facexlib中的 DFLFaceAlignment 模块提取人脸关键点，计算两图之间的关键点误差（L2 distance）。

from facexlib.detection import init_detection_model, detect_faces from facexlib.alignment import init_alignment_model, get_face_landmarks def check_landmark_consistency(img1, img2, thres=10.0): face_detector = init_detection_model('retinaface_resnet50', half=False) landmark_model = init_alignment_model('dlib', half=False) bboxes1 = detect_faces(face_detector, img1) bboxes2 = detect_faces(face_detector, img2) if len(bboxes1) == 0 or len(bboxes2) == 0: return False, "No face detected" # 取最大人脸 bbox1 = max(bboxes1, key=lambda x: x[2]*x[3]) bbox2 = max(bboxes2, key=lambda x: x[2]*x[3]) landmarks1 = get_face_landmarks(img1, [bbox1], eye_dist=True)[0] landmarks2 = get_face_landmarks(img2, [bbox2], eye_dist=True)[0] dist = np.linalg.norm(landmarks1 - landmarks2) return dist < thres, f"Keypoint L2 distance: {dist:.2f}"

设定阈值（如 10.0），过滤掉关键点偏移过大的样本。

5.3 PSNR/SSIM 初步筛选

虽然 GPEN 处理的是非成对退化问题，但在构建训练集时仍可用 PSNR 和 SSIM 作为初步筛选工具：

from basicsr.metrics import calculate_psnr, calculate_ssim psnr = calculate_psnr(lr_img.astype(np.float32), hr_img.astype(np.float32)) ssim = calculate_ssim(lr_img.astype(np.float32), hr_img.astype(np.float32)) print(f"PSNR: {psnr:.2f} dB, SSIM: {ssim:.4f}")

注意：极低 PSNR/SSIM 不一定代表不能训练，但过高（如 PSNR > 35dB）则说明退化不足，可能导致模型学不到有效特征。

5.4 自动化质检流水线建议

建立如下自动化流程：

# 1. 批量生成低质图像 python generate_degraded.py --source /raw/ffhq --target /data/degraded --method bsr-gan # 2. 对齐检查 python align_check.py --hr /raw/ffhq --lr /data/degraded --output /data/filter_list.txt # 3. 过滤不合格样本 python filter_dataset.py --list /data/filter_list.txt --src-dir /data/degraded --dst-dir /data/final_lr # 4. 开始训练 python train_gpen.py --dataroot /data --load_size 512 --crop_size 512

6. 训练调优建议

在确保数据质量的前提下，进一步优化训练策略：

6.1 学习率设置

• 初始学习率建议设为2e-4（Adam 优化器）
• 使用 Cosine 衰减策略，总 epoch 数建议不少于 200
• 可先冻结判别器训练生成器前 10–20 个 epoch

6.2 损失函数监控

除了总损失外，应分别记录：

• L1 Loss（像素级重建）
• Perceptual Loss（感知相似性）
• GAN Loss（对抗损失）

观察各分支变化趋势，判断是否某一部分主导或抑制其他部分。

6.3 使用 TensorBoard 实时监控

from torch.utils.tensorboard import SummaryWriter writer = SummaryWriter(log_dir='./logs') for step, data in enumerate(dataloader): # ... training ... writer.add_scalar('Loss/L1', l1_loss.item(), step) writer.add_scalar('Loss/GAN_G', gan_g_loss.item(), step) writer.add_scalar('Loss/GAN_D', gan_d_loss.item(), step)

及时发现异常波动，辅助定位问题。

7. 总结

训练损失不下降是 GPEN 模型训练中最常见的问题之一，其根本原因往往不在模型本身，而在训练数据对的质量缺陷。本文系统梳理了三大典型问题：数据未对齐、降质方式不合理、分布偏差大，并提供了四套可落地的数据质检方法——可视化比对、关键点一致性检测、PSNR/SSIM 筛选和自动化流水线构建。

通过严格的前期数据清洗与质量控制，结合合理的学习率调度和损失监控机制，可以显著提升 GPEN 模型的收敛速度与最终修复效果。

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