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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 · 17282 views
    This topic created in 2046 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
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    wpen613617
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    Apr 1, 2021
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    分子
    zhaol
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    分子分子
    tzl
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    303
    分子来了
    smartG
    smartG
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    fengxianqi
    fengxianqi
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    太长看不懂,那就分子一下吧
    jsjgjbzhang
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    从来没中过奖的来了
    colorfulberry
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    没中过的人继续分母
    xinyu98
    xinyu98
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    分母
    breaklayer
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    没中过奖的来了
    lwmyth
    lwmyth
    Apr 1, 2021
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    谁还不能当会分子呢
    yuxi521
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    1111
    l9rw
    l9rw
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    做个分母看看
    daijialong
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    asdf45e6rt46er5asdf
    Naruto129
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    我就是单纯的划个水
    kiroli
    kiroli
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    分母+1
    EZVIK
    EZVIK
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    分母来了
    Huelse
    Huelse
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    分母+1
    brust
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    分子+1
    jkmf
    jkmf
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    来了
    yangzj1992
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    Apr 1, 2021
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    愚人节快乐= =?
    T9436929T
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    Apr 1, 2021
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    来了来了
    input2output
    input2output
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    分子++
    sansanhehe
    sansanhehe
    Apr 1, 2021
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    分母++
    zwlinc
    zwlinc
    Apr 1, 2021
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    愚人节快乐,各位分子们
    cornelia
    cornelia
    Apr 1, 2021
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    我是一个分子
    her999
    her999
    Apr 1, 2021
    327
    ???/1
    BALLACK
    BALLACK
    Apr 1, 2021
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    qwer666df
    qwer666df
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    分子
    JerryLiu93
    JerryLiu93
    Apr 1, 2021
    330
    看了半天,我太菜了
    komorbi
    komorbi
    Apr 1, 2021
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    分子一个
    fedfrank
    fedfrank
    Apr 1, 2021
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    分组
    poly1911
    poly1911
    Apr 1, 2021
    333
    分子+1
    Citronl
    Citronl
    Apr 1, 2021
    334
    +1
    crazytudou
    crazytudou
    Apr 1, 2021
    335
    哦,目标明确,抽奖
    silencegg
    silencegg
    Apr 1, 2021
    336
    目标明确,抽奖
    Molita
    Molita
    Apr 1, 2021
    337
    拉低中奖率
    itgoyo
    itgoyo
    Apr 1, 2021
    338
    抽奖
    Cooldown
    Cooldown
    Apr 1, 2021
    339
    抽奖
    sun649936757
    sun649936757
    Apr 1, 2021
    340
    分母+1
    frankyxu
    frankyxu
    Apr 1, 2021
    341
    感觉好厉害的样子
    TheWalkingDead
    TheWalkingDead
    Apr 1, 2021
    342
    凑个热闹
    ssml
    ssml
    Apr 1, 2021
    343
    奖来
    jiorix
    jiorix
    Apr 1, 2021
    344
    分子
    rapperx2
    rapperx2
    Apr 1, 2021
    345
    分母
    flyonthewall
    flyonthewall
    Apr 1, 2021
    346
    分子分子
    baixixi
    baixixi
    Apr 1, 2021
    347
    分母+1
    superwhite
    superwhite
    Apr 1, 2021
    348
    分母
    iv2ex
    iv2ex
    Apr 1, 2021
    349
    [出货吧]
    CharlseChen
    CharlseChen
    Apr 1, 2021
    350
    分子分子啊
    zzzzzzzzyp
    zzzzzzzzyp
    Apr 1, 2021
    351
    厉害了,我的云
    pengjl
    pengjl
    Apr 1, 2021
    352
    分母来了
    leopod1995
    leopod1995
    Apr 1, 2021
    353
    v 站白嫖党+1
    vmos
    vmos
    Apr 1, 2021
    354
    凑个分母吧
    lopetver
    lopetver
    Apr 1, 2021
    355
    视频算法真的是未来的基础设施啊
    unlighted
    unlighted
    Apr 1, 2021 via Android
    356
    不知道说啥了,祝大家每天都能摸鱼
    aixiangbing
    aixiangbing
    Apr 1, 2021
    357
    恭喜恭喜呀
    getcodex
    getcodex
    Apr 1, 2021
    358
    分子分子 +11111
    ParfoisMeng
    ParfoisMeng
    Apr 1, 2021
    359
    看不懂,分母
    jonah
    jonah
    Apr 1, 2021
    360
    分母
    CupCupFun
    CupCupFun
    Apr 1, 2021
    361
    厉害了
    RyanOne
    RyanOne
    Apr 1, 2021
    362
    恭喜恭喜
    skycitygalaxy
    skycitygalaxy
    Apr 1, 2021
    363
    厉害了
    my1103
    my1103
    Apr 1, 2021
    364
    嗯
    simoger
    simoger
    Apr 1, 2021
    365
    厉害
    xixi10111011
    xixi10111011
    Apr 1, 2021
    366
    fenzi
    willamtang
    willamtang
    Apr 1, 2021
    367
    分子加分母啊
    DoubleShut
    DoubleShut
    Apr 1, 2021
    368
    分子
    york6666
    york6666
    Apr 1, 2021
    369
    分母
    wkhapy1233
    wkhapy1233
    Apr 1, 2021
    370
    分子
    sonice
    sonice
    Apr 1, 2021
    371
    快寄给我吧
    ml1344677
    ml1344677
    Apr 1, 2021
    372
    分母
    lzxz1234
    lzxz1234
    Apr 1, 2021
    373
    愚人节活动?
    qiliang72
    qiliang72
    Apr 1, 2021
    374
    分子+1
    yyqy
    yyqy
    Apr 1, 2021
    375
    分数线
    zcfnc
    zcfnc
    Apr 1, 2021
    376
    分子!!!
    ivanyin
    ivanyin
    Apr 1, 2021
    377
    分子来了
    hwcj123
    hwcj123
    Apr 1, 2021
    378
    分子来了
    huweic
    huweic
    Apr 1, 2021
    379
    6666
    pidan
    pidan
    Apr 1, 2021
    380
    这不让我中一个有点过分了吧
    naver1
    naver1
    Apr 1, 2021
    381
    我不要。
    NoirStrike
    NoirStrike
    Apr 1, 2021
    382
    太菜了看不懂...
    nikanon
    nikanon
    Apr 1, 2021
    383
    日常分母
    Serializability
    Serializability
    Apr 1, 2021
    384
    分母来了
    young4u
    young4u
    Apr 1, 2021
    385
    分子
    stroh
    stroh
    Apr 1, 2021
    386
    分子
    zmNv0
    zmNv0
    Apr 1, 2021
    387
    分母+1
    Cowhitewhite
    Cowhitewhite
    Apr 1, 2021
    388
    分母
    gancl
    gancl
    Apr 1, 2021
    389
    分母
    Tenlp
    Tenlp
    Apr 1, 2021 via Android
    390
    做个分母
    huanglm
    huanglm
    Apr 1, 2021
    391
    分子+1
    Bronya
    Bronya
    Apr 1, 2021
    392
    看起来好厉害的样子
    cheese
    cheese
    Apr 1, 2021
    393
    分子+1
    VideoCloudTech
    VideoCloudTech
    OP
    Apr 1, 2021
    394
    @yanfany 训练阶段:
    8 块 V100/P100 这种等级的显卡,训练时间在 37 小时左右(静态图像预训练 25 小时,视频训练 12 小时)。

    测试阶段:
    118ms/frame
    mfy
    mfy
    Apr 1, 2021
    395
    分子+1
    adsltsee
    adsltsee
    Apr 1, 2021
    396
    分子分子
    star1
    star1
    Apr 1, 2021
    397
    我估计是分母!
    createRandom(10,0,397)
    [381, 53, 383, 183, 347, 323, 286, 189, 217, 142]
    duzhanguan
    duzhanguan
    Apr 1, 2021
    398
    分子
    duzhanguan
    duzhanguan
    Apr 1, 2021
    399
    我还以为天线宝宝
    art2cat
    art2cat
    Apr 1, 2021
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