ControlNet让SD变得可控

ControlNet是一个用于深度神经网络的控制技术，它可以通过操作神经网络块的输入条件来控制神经网络的行为。在这里，“网络块”是指常用的神经层集合，例如“resnet”块、“conv-bn-relu”块、多头注意力块等。通过克隆神经网络块的参数并应用零卷积连接层来实现ControlNet的目标。

ControlNet的副本与神经网络块的输入和输出是一致的，这使得在训练初始阶段，ControlNet不会对神经网络产生影响。零卷积的权重和偏置值都被初始化为零，这使得ControlNet在优化过程中不会影响权重和偏置值的梯度。神经网络块的能力和质量得到了保留，同时还能有效地进行优化和定制。

ControlNet的原理是通过控制神经网络块的输入条件来调整神经网络的行为，并适应不同的任务和数据。每个神经网络块由一组参数来定义，这些参数可以在训练过程中进行优化。ControlNet使用特殊的卷积层来连接神经网络块，以达到快速优化的效果。

ControlNet 应用于任意神经网络块。x; y 是神经网络中的深度特征。"+" 表示特征加法。"c" 是我们要添加到神经网络中的额外条件。"zero convolution" 是一个 1 × 1 卷积层，其权重和偏置都初始化为零

ControlNet结构可以表示为：

yc = F(x; α) + Z(F(x + Z(c;β_z1); β_c); β_z2)

其中yc是该神经网络块的输出结果。它等于F(x, α)的输出结果加上使用β_z2对F(x + Z(c, β_z1), β_c)应用Z的结果。这意味着，在第一次训练步骤中，神经网络块的可训练副本和锁定副本的所有输入和输出都与ControlNet不存在时一致。任何神经网络块的能力、功能和结果质量都得到完美保留，并且任何进一步的优化将变得像微调一样快（与从头开始训练这些层相比）。

在第一次训练步骤中，由于零卷积层的权重和偏置值都初始化为零，我们有：

Z(c; β_z1) = 0
F(x + Z(c; β_z1); β_c) = F(x; β_c) = F(x; α)
Z(F(x + Z(c; β_z1); β_c); β_z2) = Z(F(x; β_c); β_z2) = 0

这些方程表明，在第一次训练步骤中，神经网络块的可训练副本和锁定副本的所有输入和输出都与ControlNet不存在时一致。换句话说，当应用ControlNet到一些神经网络块时，在任何优化之前，它都不会对深度神经特征产生影响。任何神经网络块的能力、功能和结果质量都得到完美保留，并且任何进一步的优化将变得像微调一样快（与从头开始训练这些层相比）。

ControlNet就像一个迭代的过程，通过重复应用ControlNet操作来优化神经网络块。这样，在每一步中，我们可以保持所有其他神经网络块不变，仅对某些神经网络块进行修改和调整。

上一部分描述了ControlNet如何控制单个神经网络块，论文中作者是以Stable Diffusion为例子，讲了如何使用ControlNet对大型网络进行控制。下图可以看到控制Stable Diffusion的过程就是将Encoder复制训练，decoder部分进行skip connection。

上图的“Zero Convolution”是带有零初始化权重和偏差的1×1卷积。在进行自己的模型训练开始之前，所有零卷积输出都是零，此时模型仍然是原始的Stable Diffusion Model。而在加入自己的训练数据之后，则会对最终数据产生影响，这里的影响，更多是对最终结果的微调，因此不会导致模型出现重大偏离的情况。

我们从整体的模型结构上可以看出，作者在Stable Diffusion 模型的decode层加入了上述“0卷积层”，以实现对最终模型与训练数据的一致性。

没错你没有看错，网络结构就是这么简单暴力，但有效。

现在放出来的controlnet模型大致有以下几个

1、通过Canny检测边缘，然后和SD1.5进行融合

2、通过HED轮廓，搭配SD1.5

3、灵魂画师搭配SD1.5

4、HED边缘检测搭配SD1.5

5、姿态检测搭配SD1.5

6、图像分割搭配SD1.5

7、Midas Depth搭配SD1.5

下面我们将通过SD-WEBUI来进行简单演示：

首先根据我前面的图文这是你幻想中的女友吗 (qq.com)中安装插件的方式安装ControlNet插件

1. 启用（Enable）

勾选此选项后，点击 “生成” 按钮时，ControlNet 才会生效。

2. 反色模式（Invert Input Color）

将图像颜色进行反转后应用。

3. RGB 转 BGR（RGB to BGR）

把颜色通道进行反转，在 NormalMap 模式可能会用到。

4. 低显存优化（Low VRAM）

低显存模式，如果你的显卡内存小于等于4GB，建议勾选此选项。

5. 无提示词的猜测模式（Guess Mode）

也就是盲盒模式，不需要任何正面与负面提示词，出图效果随机，很有可能产生意想不到的惊喜效果！

6. 预处理器（Preprocessor）

在此列表我们可选择需要的预处理器，每个 ControlNet 的预处理器都有不同的功能，后续将会详细介绍。

7. 模型（Model）

配套各预处理器需要的专属模型。该列表内的模型必须与预处理选项框内的名称选择一致，才能保证正确生成预期结果。如果预处理与模型不一致其实也可以出图，但效果无法预料，且一般效果并不理想。

8. 权重（Weight）

权重，代表使用 ControlNet 生成图片时被应用的权重占比。

9. 引导介入时机（Guidance Start(T)）

在理解此功能之前，我们应该先知道生成图片的 Sampling steps 采样步数功能，步数代表生成一张图片要刷新计算多少次，Guidance Start(T) 设置为 0 即代表开始时就介入，默认为 0，设置为 0.5 时即代表 ControlNet 从 50% 步数时开始介入计算。

10. 引导退出时机（Guidance End(T)）

和引导介入时机相对应，如设置为1，则表示在100%计算完时才会退出介入也就是不退出，默认为 1，可调节范围 0-1，如设置为 0.8 时即代表从80% 步数时退出介入。

11. 缩放模式（Resize Mode）

用于选择调整图像大小的模式：默认使用（Scale to Fit (Inner Fit)）缩放至合适即可，将会自动适配图片。
一共三个选项：Just Resize，Scale to Fit (Inner Fit)，Envelope (Outer Fit)

12. 画布宽度和高度（Canvas Width 和 Canvas Height）

画布宽高设置，请注意这里的宽高，并不是指 SD 生成图片的图像宽高比。该宽高代表 ControlNet 引导时所使用的控制图像的分辨率，假如你用 SD 生成的图片是 1000x2000 分辨率，那么使用 ControlNet 引导图像时，对显存的消耗将是非常大的；我们可以将引导控制图像的分辨率设置为 500x1000 ，也就是缩放为原本图像一半的分辨率尺寸去进行引导，这有利于节省显存消耗。