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盖楼抽奖|为拿下算法 “奥斯卡”,阿里团队设计了一个冠军方案

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  •   VideoCloudTech · Mar 31, 2021 · 17277 views
    This topic created in 2045 days ago, the information mentioned may be changed or developed.

    被誉为计算机视觉领域 “奥斯卡” 的 CVPR 刚刚落下帷幕,2021 年首届 “新内容 新交互” 全球视频云创新挑战赛正火热进行中,这两场大赛都不约而同地将关注点放在了视频目标分割领域,本文将详细分享来自阿里达摩院的团队在 CVPR DAVIS 视频目标分割比赛夺冠背后的技术经验,为本届大赛参赛选手提供 “他山之石”。

    作者|负天

    与图像识别不同,AI 分析理解视频的技术门槛较高。长期以来,业界在视频 AI 技术的研究上鲜有重大突破。以 CVPR 会议难度最高的比赛之一 DAVIS ( Densely Annotated Video Segmentation )为例,该比赛需要参赛团队精准处理复杂视频中物体快速运动、外观变化、遮挡等信息,过去几年,全球顶级科技在该比赛中的成绩从未突破 80 分,而达摩院的模型最终在 test-challenge 上取得了 84.1 的成绩。

    DAVIS 的数据集经过精心挑选和标注,视频分割中比较难的点都有体现,比如:快速运动、遮挡、消失与重现、形变等。DAVIS 的数据分为 train ( 60 个视频序列),val ( 30 个视频序列),test-dev ( 30 个视频序列),test-challenge ( 30 个视频序列)。其中 train 和 val 是可以下载的,且提供了每一帧的标注信息。对于半监督任务,test-dev 和 test-challenge,每一帧的 RGB 图片可以下载,且第一帧的标注信息也提供了。算法需要根据第一帧的标注 mask,来对后续帧进行分割。分割本身是 instance 级别的。

    阿里达摩院:像素级视频分割

    阿里达摩院提供了一种全新的空间约束方法,打破了传统 STM 方法缺乏时序性的瓶颈,可以让系统基于视频前一帧的画面预测目标物体下一帧的位置;此外,阿里还引入了语义分割中的精细化分割微调模块,大幅提高了分割的精细程度。最终,精准识别动态目标的轮廓边界,并且与背景进行分离,实现像素级目标分割。

    基本框架

    达摩院的算法基于 2019 年 CVPR 的 STM 做了进一步改进。STM 的主要思想在于,对于历史帧,每一帧都编码为 key-value 形式的 feature 。预测当前帧的时候,以当前帧的 key 去和历史帧的 key 做匹配。匹配的方式是 non-local 的。这种 non-local 的匹配,可以看做将当前 key,每个坐标上的 C 维特征,和历史每一帧在这个坐标上的 C 维特征做匹配。匹配得到的结果,作为一个 soft 的 index,去读取历史 value 的信息。读取的特征和当前帧的 value 拼接起来,用于后续的预测。

    三大技术创新

    1. 空间约束

    STM 的特征匹配方式,提供了一种空间上的长依赖, 类似于 Transformer 中,通过 self-attention 来做序列关联。这种机制,能够很好地处理物体运动、外观变化、遮挡等。但也有一个问题,就是缺乏时序性,缺少短时依赖。当某一帧突然出现和目标相似的物体时,容易产生误召回。在视频场景中,很多情况下,当前帧临近的几帧,对当前帧的影响要大于更早的帧。基于这一点,达摩院提出依靠前一帧结果,计算 attention 来约束当前帧目标预测的位置,相当于对短期依赖的建模。

    具体的方法如下图所示:

    1. 当前帧的特征和前一帧的预测 mask 在 channel 维度上做 concat,得到 HxWx (c+1) 的特征;
    2. 通过卷积将特征压缩为 HxW ;
    3. 用 sigmoid 函数将 HxW 的特征,压缩范围,作为空间 attention ;
    4. 把 attention 乘到原特征上,作为空间约束。

    下图为空间 attention 的可视化结果,可以看到大致对应了前景的位置。

    2. 增强 decoder

    达摩院引入了语义分割中的感受野增强技术 ASPP 和精细化分割的微调( refinement )模块。ASPP 作用于 memory 读取后的特征,用于融合不同感受野的信息,提升对不同尺度物体的处理能力。

    3. 训练策略

    达摩院提出了一个简单但是有效的训练策略,减少了训练阶段和测试阶段存在的差异,提升了最终效果。

    原始 STM 训练时,会随机从视频中采样 3 帧。这三帧之间的跳帧间隔,随着训练逐渐增大,目的是增强模型鲁棒性。但达摩院发现,这样会导致训练时和测试时不一致,因为测试时,是逐帧处理的。为此,在训练的最后阶段,达摩院将跳帧间隔重新减小,以保证和测试时一致。

    其他

    backbone: 达摩院使用了 ResNeST 这个比较新的 backbone,它可以无痛替换掉原 STM 的 resnet 。在结果上有比较明显提升。

    测试策略: 达摩院使用了多尺度测试和 model ensemble 。不同尺度和不同 model 的结果,在最终预测的 map 上,做了简单的等权重平均。

    显存优化: 达摩院做了一些显存优化方面的工作,使得 STM 在多目标模式下,可以支持大尺度的训练、测试,以及支持较大的 memory 容量。

    数据: 训练数据上,达摩院使用了 DAVIS 、Youtube-VOS,以及 STM 原文用到的静态图像数据库。没有其他数据。

    结果

    达摩院的模型,最终在 test-challenge 上取得了 84.1 的成绩。

    在 test-dev 上的消融实验。达摩院复现的 STM 达到了和原文一致的结果。在各种 trick 的加持下, 得到了 11 个点的提升。

    随着互联网技术、5G 技术等的发展,短视频、视频会议、直播的场景越来越多,视频分割技术也将成为不可或缺的一环。比如,在视频会议中,视频分割可以精确区分前背景,从而对背景进行虚化或替换;在直播中,用户只需要站在绿幕前,算法就实时替换背景,实现一秒钟换新直播间;在视频编辑领域,可以辅助进行后期制作。

    参考

    1. Oh SW, Lee JY, Xu N, Kim SJ. Video object segmentation using space-time memory networks. InProceedings of the IEEE International Conference on Computer Vision 2019
    2. Wang X, Girshick R, Gupta A, He K. Non-local neural networks. InProceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition 2018

    “新内容 新交互” 全球视频云创新挑战赛算法挑战赛道

    本届全球视频云创新挑战赛是由阿里云联手英特尔主办,与优酷战略技术合作,面向企业以及个人开发者的音视频领域的挑战赛。算法挑战赛道聚焦视频人像分割领域,视频分割将传统图像分割问题延伸到视频领域,可服务于视频理解处理和编辑等任务。

    算法赛道描述

    本次大赛提供一个大规模高精度视频人像分割数据集,供参赛选手训练模型。不同于传统的二值分割目标(即人像区域标注为 1,其他区域标注为 0 ),本竞赛重点关注分割各个不同的人象实例,目标是从视频中精确、稳定分割出显著的(单个或多个)人体实例,以及其相应附属物、手持物。

    本次比赛分为初赛数据集和复赛数据集。复赛数据集等初赛结束后公布,复赛中也可以使用初赛数据集。

    初赛环节提供训练集供选手下载,训练数据集共 1650 段视频。训练集中每个样本由 RGB 图像序列和掩码图像序列组成,RGB 图像序列为原始视频图像序列,格式为 jpg 文件;掩码图像为人体分割的真值 (ground-truth),格式为 png 文件,掩码图像中不同的像素值表示不同的人体实例,0 为背景区域,非 0 为前景区域(例如 1 为人像 1,2 为人像 2 )。RGB 和 png 文件是一一对应关系。数据集每个视频的长度为 80 帧~ 150 帧,每个视频的分辨率不完全相同。预赛的测试数据为 48 段视频。测试集只提供 RGB 图像序列。如出现多个人像实例,每个人像可以任意顺序标注,评测时将被独立计算。

    本次比赛允许参数选手使用其他公开数据集和公开模型,但参赛选手的模型必须满足能在限定时间内复现的要求,复现精度小于规定误差。

    评估标准

    对于算法恢复的视频结果,本次比赛采用 Mean J And F 做为评价指标。J 为描述分割人体区域精度的 Jaccard Index,F 为描述分割人体的边界精确度。具体请参照参考文献 1 。每个视频允许选手最多输出 8 个人物分割结果,选手分割结果与真值先进行 IOU 匹配,找到对应的人物后,根据该结果进行评分。多余的分割结果,没有惩罚。如果超过 8 个区域,整个视频结果无效。

    奖项设置

    冠军:1 支队伍,奖金 9 万人民币,颁发获奖证书

    亚军:2 支队伍,奖金 3 万人民币,颁发获奖证书

    季军:3 支队伍,奖金 1 万人民币,颁发获奖证书

    Cooper Lake 最佳实践:3 支队伍,奖金 2 万人民币,颁发获奖证书

    此外,复赛审核通过的排名前 12 队伍,可进入阿里云校招绿色通道。

    视频云大赛正在火热报名中 扫码或点击下方链接,一起驱动下一代浪潮! https://tianchi.aliyun.com/competition/entrance/531873/introduction


    楼层抽奖规则

    • 评论回复内容不限,可以是视频云大赛相关提问、期望
    • 抽十个人,每人送一个保温杯
    • 截止日期为:2021.4.2 12:00
    • 从回复楼层中随机抽取
    • 中奖结果会以附言形式公布于本帖,并 @ 各位中奖用户
    function createRandom(num,from,to)
    {
        var arr=[]; 
        var json={};  
        while(arr.length<num)
        {
            var ranNum=Math.round(Math.random()*(to-from))+from;
            if(!json[ranNum])
            {
                json[ranNum]=1;
                arr.push(ranNum); 
            }
        }
        return arr;
    }
    
    createRandom(10,0,回复楼层) //抽奖
    
    

    源码引自 yedanbo/createRandom().js

    礼物图片 盖楼超 100 层,下次活动送电脑包~

    Supplement 1  ·  Apr 2, 2021


    恭喜:
    @server @dream7758522 @Microi @zhaidoudou123 @sinux @honeyshine75 @magicnobob @ervqq @auto8888 @ZHanYao

    辛苦各位邮寄信息发送到 videocloudtech#gmail.com ,# 替换为 @ 。

    姓名+电话+地址+V2EX 帐号截图(确认身份)

    迫于大家的热情,清明节之后我们还会再办一次盖楼活动,欢迎再来玩 :P


    例子:
    411 replies  •  2021-04-06 09:43:02 +08:00
    1  2  3  4  5  
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    hatw
    hatw
    Apr 1, 2021
    201
    4.1 快乐
    forYou
    forYou
    Apr 1, 2021
    202
    虽然看不懂,但感觉很牛逼的样子。加油云
    icount
    icount
    Apr 1, 2021
    203
    4.1: 啥,我中奖了
    kfxsbw
    kfxsbw
    Apr 1, 2021
    204
    有枸杞,少个保温杯。谢谢!!
    checkzhzzzzz
    checkzhzzzzz
    Apr 1, 2021
    205
    414141
    Felix1717
    Felix1717
    Apr 1, 2021
    206
    虽然看不懂,但是我又是日常中奖了
    terencehan
    terencehan
    Apr 1, 2021
    207
    我又中奖啦
    mastcer
    mastcer
    Apr 1, 2021
    208
    4.1
    DonaldY
    DonaldY
    Apr 1, 2021
    209
    4.1 分子
    3CH0
    3CH0
    Apr 1, 2021
    210
    正缺个保温杯
    wish2046
    wish2046
    Apr 1, 2021
    211
    提问保温杯怎么拿
    cking
    cking
    Apr 1, 2021
    212
    1111 我要保温杯
    brokenQ
    brokenQ
    Apr 1, 2021
    213
    中奖啦
    YUCOAT
    YUCOAT
    Apr 1, 2021
    214
    虽然我看不懂,但是很厉害的样纸
    yhan
    yhan
    Apr 1, 2021
    215
    哇好厉害的保温杯
    izdour
    izdour
    Apr 1, 2021
    216
    分子
    sdalkesioe
    sdalkesioe
    Apr 1, 2021
    217
    达摩院这个有点厉害了!
    chengego
    chengego
    Apr 1, 2021
    218
    虽然看不懂,但是我又是日常中奖了
    skymei
    skymei
    Apr 1, 2021
    219
    分母来了
    VxLzKg4uLbi32w60
    VxLzKg4uLbi32w60
    Apr 1, 2021
    220
    盖楼
    Eugene1024
    Eugene1024
    Apr 1, 2021
    221
    感觉有点厉害啊
    grewer
    grewer
    Apr 1, 2021
    222
    保温杯+1
    lzj307077687
    lzj307077687
    Apr 1, 2021
    223
    分母分母~
    xkeyideal
    xkeyideal
    Apr 1, 2021
    224
    真小气,大厂抽奖就送保温杯,辣鸡
    k1z
    k1z
    Apr 1, 2021
    225
    虽然我看不懂,但是很厉害的样纸
    lixuedong
    lixuedong
    Apr 1, 2021
    226
    分
    yoke97
    yoke97
    Apr 1, 2021
    227
    分子
    huayumo
    huayumo
    Apr 1, 2021
    228
    保温杯
    Leox0607
    Leox0607
    Apr 1, 2021
    229
    41
    akiyama
    akiyama
    Apr 1, 2021
    230
    分子
    paullw
    paullw
    Apr 1, 2021
    231
    保温本挺好看的🤪
    memos
    memos
    Apr 1, 2021
    232
    厉害
    fengyj
    fengyj
    Apr 1, 2021
    233
    分母
    lzy250
    lzy250
    Apr 1, 2021
    234
    ~~~~~~~~~~~~~
    bage2020
    bage2020
    Apr 1, 2021
    235
    Y 愚人节快乐
    xxdd
    xxdd
    Apr 1, 2021
    236
    分子来了~~
    acgost
    acgost
    Apr 1, 2021
    237
    自愿被愚,我来组成分母
    dbres
    dbres
    Apr 1, 2021
    238
    这是真的吗
    wha2020
    wha2020
    Apr 1, 2021
    239
    愚人节快乐,这么厉害佩服佩服!
    WangLiCha
    WangLiCha
    Apr 1, 2021
    240
    分母
    yingxiu
    yingxiu
    Apr 1, 2021
    241
    没看懂,貌似很牛
    HolmLoh
    HolmLoh
    Apr 1, 2021
    242
    分母
    ylqf5461
    ylqf5461
    Apr 1, 2021
    243
    我中了?
    albyBen
    albyBen
    Apr 1, 2021
    244
    保温杯配枸杞
    XGF
    XGF
    Apr 1, 2021
    245
    送两个人?
    letuslinux
    letuslinux
    Apr 1, 2021
    246
    也不知道说什么好,那就提前祝大家新年快乐吧!
    freenull
    freenull
    Apr 1, 2021
    247
    ++1
    iamdavidzeng
    iamdavidzeng
    Apr 1, 2021
    248
    chongchongchong!!
    qqq8724
    qqq8724
    Apr 1, 2021
    249
    这是以什么方式举行的比赛,期待一下
    nznd
    nznd
    Apr 1, 2021
    250
    分母来了
    wangshijiejay
    wangshijiejay
    Apr 1, 2021
    251
    需要我司保温杯
    dooonabe
    dooonabe
    Apr 1, 2021 via Android
    252
    分子
    7huixiang
    7huixiang
    Apr 1, 2021
    253
    来个杯子
    Craig37
    Craig37
    Apr 1, 2021
    254
    达摩院在青山湖?
    xinlinqi
    xinlinqi
    Apr 1, 2021
    255
    组成分子
    fanfpy
    fanfpy
    Apr 1, 2021
    256
    看不懂,凑个热闹
    loadingimg
    loadingimg
    Apr 1, 2021
    257
    模型开源吗?
    fangaoxs0701
    fangaoxs0701
    Apr 1, 2021
    258
    来了
    Rekkles
    Rekkles
    Apr 1, 2021
    259
    分子咯~
    JohnWangggg
    JohnWangggg
    Apr 1, 2021
    260
    分
    Comma
    Comma
    Apr 1, 2021
    261
    有点厉害
    hirasawayui
    hirasawayui
    Apr 1, 2021
    262
    视频云大赛相关提问、期望
    ishengge
    ishengge
    Apr 1, 2021
    263
    枸杞加保温杯。能中?
    screwr
    screwr
    Apr 1, 2021
    264
    4 。1
    goodryb
    goodryb
    Apr 1, 2021
    265
    分母来了
    DylanZ
    DylanZ
    Apr 1, 2021
    266
    虽然看不懂,但是我又是日常中奖了
    kakakafka
    kakakafka
    Apr 1, 2021
    267
    虽然我看不懂,但是很厉害的样子
    asturias
    asturias
    Apr 1, 2021
    268
    看着晕
    zxCoder
    zxCoder
    Apr 1, 2021
    269
    我中了
    liupcool
    liupcool
    Apr 1, 2021
    270
    当一次分子行吗?
    izzy27
    izzy27
    Apr 1, 2021
    271
    666
    kaliend
    kaliend
    Apr 1, 2021
    272
    分子分子
    zhangslob669
    zhangslob669
    Apr 1, 2021
    273
    分子+1
    soyakultg
    soyakultg
    Apr 1, 2021
    274
    1
    5408
    5408
    Apr 1, 2021
    275
    10/274
    Sikoay
    Sikoay
    Apr 1, 2021
    276
    41 阿里云的包还挺不错
    8888888888
    8888888888
    Apr 1, 2021
    277
    分母分母
    arvinwangzj
    arvinwangzj
    Apr 1, 2021
    278
    分子分子
    naodai
    naodai
    Apr 1, 2021
    279
    ++++1
    Aries
    Aries
    Apr 1, 2021
    280
    只能哇塞了,愿做个分子
    JustinJie
    JustinJie
    Apr 1, 2021
    281
    分子分子
    iphantom
    iphantom
    Apr 1, 2021
    282
    缺个电脑包 来一个 哈哈哈
    duowb
    duowb
    Apr 1, 2021
    283
    你们就说哇塞不哇塞吧
    mgrddsj
    mgrddsj
    Apr 1, 2021
    284
    不明觉厉,日常当分母。
    euxwni
    euxwni
    Apr 1, 2021
    285
    ----1
    jianghaifei
    jianghaifei
    Apr 1, 2021
    286
    来了来了
    DaGongRen001
    DaGongRen001
    Apr 1, 2021
    287
    愚人节活动?
    ymoeu06
    ymoeu06
    Apr 1, 2021 via Android
    288
    分子来了
    shadowsliver
    shadowsliver
    Apr 1, 2021
    289
    太厉害了,虽然一直受各路算法大佬的打击,但是越看各种先进的算法我想学算法的心就越火热
    OMGZui
    OMGZui
    Apr 1, 2021
    290
    111
    zzzdown
    zzzdown
    Apr 1, 2021
    291
    来了来了
    TORYOI
    TORYOI
    Apr 1, 2021
    292
    厉害
    wasky
    wasky
    Apr 1, 2021
    293
    分子
    flagstick
    flagstick
    Apr 1, 2021
    294
    等待中,我啥都缺。
    Slf4j
    Slf4j
    Apr 1, 2021
    295
    分子分子
    JR1024
    JR1024
    Apr 1, 2021
    296
    分母?
    ro2020
    ro2020
    Apr 1, 2021
    297
    分母
    shm7
    shm7
    Apr 1, 2021
    298
    分子料理很酸。
    ooozx
    ooozx
    Apr 1, 2021
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    啥都没看懂,就要当分母?我来当分子了!
    MOONLIGHTT
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    Apr 1, 2021
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    分子分子
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