KI-Begriffe

Diffusionsmodelle

Wie KI-Bildgeneratoren arbeiten: Sie beginnen mit reinem Rauschen und entfernen es Schritt für Schritt – geleitet von der Beschreibung, was am Ende zu sehen sein soll.

Lesestand

Ein Diffusionsmodell hat gelernt, aus einem verrauschten Bild ein etwas weniger verrauschtes zu machen. Zum Erzeugen startet es mit reinem Zufallsrauschen und wendet diesen Schritt zwanzig- bis fünfzigmal an – bis ein klares Bild entstanden ist.

Gelenkt wird das durch eine Textbeschreibung (den Prompt): Bei jedem Schritt entscheidet das Modell, welches Entrauschen am besten zu „Leuchtturm bei Sonnenuntergang“ passt. Das ist ein grundlegend anderer Weg als bei Sprachmodellen, die Text Token für Token anhängen.

Ein Bild aus dem Rauschen

Wähl eine Beschreibung und schieb den Regler – oder lass es ablaufen. Achte darauf, dass alle Bilder aus demselben Startrauschen entstehen:

Entrauschen Schritt für Schritt

Nachgestellt: Das Zielbild ist hier vorgezeichnet und wird nur überblendet. Ein echtes Modell kennt das Ziel nicht – es „errät“ bei jedem Schritt, wie ein passendes Bild aussehen müsste, und darum hängen Einzelheiten wie die Position der Sonne vom Startrauschen ab.

Wie es lernt

Das Training ist überraschend einfach. Man nimmt echte Bilder und macht sie in vielen kleinen Schritten kaputt, indem man immer mehr Rauschen hinzufügt. Das Modell – ein neuronales Netz – bekommt ein verrauschtes Bild und soll vorhersagen, welches Rauschen darin steckt. Weil man das Rauschen selbst hinzugefügt hat, kennt man die richtige Antwort und kann den Fehler messen.

→ Training: Rauschen hinzufügen
Bildleichtmittelstarkfast nur Rauschenreines Rauschen
← Erzeugen: Rauschen entfernen
Vorwärts ist trivial – Rauschen hinzufügen kann jeder. Rückwärts zu gehen ist das, was das Modell lernen muss. Wer bei jedem Grad von Verrauschung das Rauschen erkennt, kann es auch Schritt für Schritt entfernen.

Nach Training auf Hunderten Millionen Bildern mit Beschreibungen hat das Modell ein sehr gutes Gespür dafür entwickelt, wie Bilder typischerweise aussehen: wie Licht fällt, wie Fell aussieht, wie Perspektive funktioniert.

Wie der Text mitlenkt

Damit nicht irgendein Bild entsteht, bekommt das Modell bei jedem Schritt die Beschreibung mit – als Embedding aus einem Textmodell. Über Aufmerksamkeit kann jede Bildregion auf die Wörter achten, die für sie wichtig sind.

T

Text-Encoder

Ein Sprachmodell-Teil, der die Beschreibung in Vektoren übersetzt.

G

Guidance

Ein Regler dafür, wie streng sich das Bild an den Text halten soll. Zu wenig: beliebig. Zu viel: übersättigt und unnatürlich.

L

Latenter Raum

Gerechnet wird meist nicht auf den Pixeln, sondern auf einer stark komprimierten Darstellung. Erst am Ende wird daraus das große Bild. Das macht es viel schneller.

Anders als Sprachmodelle

SprachmodellDiffusionsmodell
ErzeugtToken für Token, von links nach rechtsdas ganze Bild gleichzeitig, immer schärfer
Ein Schritt istdas nächste Wortstückein etwas weniger verrauschtes Gesamtbild
Zufall steckt inder Auswahl jedes Tokens (Temperatur)dem Startrauschen
Korrektureinmal geschrieben, bleibt es stehenjeder Schritt kann das ganze Bild noch verändern

Die Grenzen verschwimmen inzwischen: Manche neueren Systeme erzeugen Bilder auch Token für Token in einem multimodalen Sprachmodell (siehe Multimodal), und es wird erforscht, Text per Diffusion zu erzeugen. Für Video wird das Diffusionsprinzip auf viele Bilder gleichzeitig ausgeweitet.

Typische Schwächen

Lange waren Hände und Schrift im Bild berüchtigt: sechs Finger, Buchstabensalat auf Schildern. Der Grund: Das Modell lernt, wie Dinge ungefähr aussehen – Hände sehen aus vielen Winkeln sehr unterschiedlich aus, und Buchstaben müssen exakt stimmen. Neuere Modelle sind darin viel besser geworden. Schwierig bleiben genaues Zählen („genau sieben Vögel“), komplexe räumliche Anordnungen und dieselbe Figur über viele Bilder hinweg gleich aussehen zu lassen.

Offene Fragen

Bildgeneratoren lernen aus riesigen Mengen Bilder aus dem Internet, darunter Werke von Künstlern, die nicht gefragt wurden. Ob und wann das rechtlich zulässig ist, wird in mehreren Ländern vor Gericht verhandelt. Dazu kommen Fragen nach Fälschungen echter Personen und der Kennzeichnung von KI-Bildern – etwa über unsichtbare Wasserzeichen oder Herkunftsangaben in den Bilddateien. Beispiele für KI-erzeugte Bilder zeigt die Galerie dieser Seite.

Für Entwickler übersetzt

BegriffEntspricht ungefähr
Diffusionsmodelleine Funktion float[] entrausche(float[] bild, int schritt, float[] text), die in einer Schleife aufgerufen wird
Startrauschen / Seednew Random(seed) – gleicher Seed, gleiche Beschreibung, gleiches Bild
SchritteIterationen eines Näherungsverfahrens: mehr ist genauer, aber langsamer
Latenter Raumeine komprimierte Zwischendarstellung, wie ein verlustbehaftetes Format, in dem gerechnet und erst am Ende dekodiert wird
float[] x = rauschen(new Random(seed), groesse);     // Start: reiner Zufall
float[] t = textEncoder.embed("Leuchtturm bei Sonnenuntergang");

for (int s = SCHRITTE; s > 0; s--) {
    float[] geschaetztesRauschen = modell.vorhersage(x, s, t);
    x = entferneEinStueck(x, geschaetztesRauschen, s);  // etwas klarer
}
Bild ergebnis = decoder.zuPixeln(x);

Häufige Irrtümer

„Das Bild ist eine Collage aus Trainingsbildern.“ – Es wird nichts ausgeschnitten und zusammengeklebt. Das Modell erzeugt jeden Pixel neu aus dem, was es über Bilder allgemein gelernt hat. Sehr häufige Motive können allerdings fast identisch nachgebildet werden.
„Das Modell sucht passende Bilder in einer Datenbank.“ – Es gibt keine Bilddatenbank im Modell, nur gelernte Parameter.
„Gleicher Prompt, gleiches Bild.“ – Nur mit gleichem Startrauschen. Mit neuem Seed entsteht eine neue Variante.
„Chat-Modelle malen selbst.“ – Oft beauftragt das Sprachmodell im Hintergrund ein eigenes Bildmodell. Manche neuen Modelle können Bilder aber tatsächlich selbst erzeugen.

Verwandte Begriffe