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稠密圖像分割問題一直在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中備受關(guān)注。無論是在 Adobe 旗下的 Photoshop 等重要產(chǎn)品中，還是其他實(shí)際應(yīng)用場景中，分割模型的泛化和精度都被賦予了極高的期望。對于這些分割模型來說，需要在不同的圖像領(lǐng)域、新的物體類別以及各種圖像分辨率和質(zhì)量下都能夠保持魯棒性。為了解決這個(gè)問題，早在 SAM[6] 模型一年之前，一種不考慮類別的實(shí)體分割任務(wù) [1] 被提出，作為評估模型泛化能力的一種統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

在本文中，High-Quality Entity Segmentation 對分割問題進(jìn)行了全新的探索，從以下三個(gè)方面取得了顯著的改進(jìn)：

1. 更優(yōu)的分割質(zhì)量：正如上圖所示，EntitySeg 在數(shù)值指標(biāo)和視覺表現(xiàn)方面都相對于 SAM 有更大的優(yōu)勢。令人驚訝的是，這種優(yōu)勢是基于僅占訓(xùn)練數(shù)據(jù)量千分之一的數(shù)據(jù)訓(xùn)練取得的。

2. 更少的高質(zhì)量數(shù)據(jù)需求：相較于 SAM 使用的千萬級別的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，EntitySeg 數(shù)據(jù)集僅含有 33,227 張圖像。盡管數(shù)據(jù)量相差千倍，但 EntitySeg 卻取得了可媲美的性能，這要?dú)w功于其標(biāo)注質(zhì)量，為模型提供了更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支持。

3. 更一致的輸出細(xì)粒度（基于實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)）：從輸出的分割圖中，我們可以清晰地看到 SAM 輸出了不同粒度的結(jié)果，包括細(xì)節(jié)、部分和整體（如瓶子的蓋子、商標(biāo)、瓶身）。然而，由于 SAM 需要對不同部分的人工干預(yù)處理，這對于自動(dòng)化輸出分割的應(yīng)用而言并不理想。相比之下，EntitySeg 的輸出在粒度上更加一致，并且能夠輸出類別標(biāo)簽，對于后續(xù)任務(wù)更加友好。

在闡述了這項(xiàng)工作對稠密分割技術(shù)的新突破后，接下來的內(nèi)容中介紹 EntitySeg 數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)以及提出的算法 CropFormer。

論文鏈接：https://arxiv.org/abs/2211.05776

代碼鏈接：

https://github.com/qqlu/Entity/blob/main/Entityv2/README.md

主頁鏈接：

http://luqi.info/entityv2.github.io/

根據(jù) Marr 計(jì)算機(jī)視覺教科書中的理論，人類的識別系統(tǒng)是無類別的。即使對于一些不熟悉的實(shí)體，我們也能夠根據(jù)相似性進(jìn)行識別。因此，不考慮類別的實(shí)體分割更貼近人類識別系統(tǒng)，不僅可以作為一種更基礎(chǔ)的任務(wù)，還可以輔助于帶有類別分割任務(wù) [2]、開放詞匯分割任務(wù) [3] 甚至圖像編輯任務(wù) [4]。與全景分割任務(wù)相比，實(shí)體分割將“thing”和“stuff”這兩個(gè)大類進(jìn)行了統(tǒng)一，更加符合人類最基本的識別方式。

EntitySeg數(shù)據(jù)集

由于缺乏現(xiàn)有的實(shí)體分割數(shù)據(jù)，作者在其工作 [1] 使用了現(xiàn)有的 COCO、ADE20K 以及 Cityscapes 全景分割數(shù)據(jù)集驗(yàn)證了實(shí)體任務(wù)下模型的泛化能力。然而，這些數(shù)據(jù)本身是在有類別標(biāo)簽的體系下標(biāo)注的（先建立一個(gè)類別庫，在圖片中搜尋相關(guān)的類別進(jìn)行定位標(biāo)注），這種標(biāo)注過程并不符合實(shí)體分割任務(wù)的初衷——圖像中每一個(gè)區(qū)域均是有效的，哪怕這些區(qū)域無法用言語來形容或者被 Blur 掉，都應(yīng)該被定位標(biāo)注。

此外，受限于提出年代的設(shè)備，COCO 等數(shù)據(jù)集的圖片域以及圖片分辨率也相對單一。因此基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)集下訓(xùn)練出的實(shí)體分割模型也并不能很好地體現(xiàn)實(shí)體分割任務(wù)所帶來的泛化能力。最后，原作者團(tuán)隊(duì)在提出實(shí)體分割任務(wù)的概念后進(jìn)一步貢獻(xiàn)了高質(zhì)量細(xì)粒度實(shí)體分割數(shù)據(jù)集 EntitySeg 及其對應(yīng)方法。EntitySeg 數(shù)據(jù)集是由 Adobe 公司 19 萬美元贊助標(biāo)注完成，已經(jīng)開源貢獻(xiàn)給學(xué)術(shù)界使用。

項(xiàng)目主頁：

http://luqi.info/entityv2.github.io/數(shù)據(jù)集有三個(gè)重要特性：1. 數(shù)據(jù)集匯集了來自公開數(shù)據(jù)集和學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的 33,227 張圖片。這些圖片涵蓋了不同的領(lǐng)域，包括風(fēng)景、室內(nèi)外場景、卡通畫、簡筆畫、電腦游戲和遙感場景等。2. 標(biāo)注過程在無類別限制下進(jìn)行的掩膜標(biāo)注，并且可以覆蓋整幅圖像。3. 圖片分辨率更高，標(biāo)注更精細(xì)。如上圖所示，即使相比 COCO 和 ADE20K 數(shù)據(jù)集的原始低分辨率圖片及其標(biāo)注，EntitySeg 的實(shí)體標(biāo)注更全且更精細(xì)。最后，為了讓 EntitySeg 數(shù)據(jù)集更好地服務(wù)于學(xué)術(shù)界，11580 張圖片在標(biāo)注實(shí)體掩膜之后，以開放標(biāo)簽的形式共標(biāo)注了 643 個(gè)類別。EntitySeg、COCO 以及 ADE20K 數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計(jì)特性對比如下：

通過和 COCO 以及 ADE20K 的數(shù)據(jù)對比，可以看出 EntitySeg 數(shù)據(jù)集圖片分辨率更高（平均圖片尺寸 2700）、實(shí)體數(shù)量更多（每張圖平均 18.1 個(gè)實(shí)體）、掩膜標(biāo)注更為復(fù)雜（實(shí)體平均復(fù)雜度 0.719）。極限情況下，EntitySeg 的圖片尺寸可達(dá)到 10000 以上。與 SAM 數(shù)據(jù)集不同，EntitySeg 更加強(qiáng)調(diào)小而精，試圖做到對圖片中的每個(gè)實(shí)體得到最為精細(xì)的邊緣標(biāo)注。此外，EntitySeg 保留了圖片和對應(yīng)標(biāo)注的原始尺寸，更有利于高分辨率分割模型的學(xué)術(shù)探索。基于 EntitySeg 數(shù)據(jù)集，作者衡量了現(xiàn)有分割模型在不同分割任務(wù)（無類別實(shí)體分割，語義分割，實(shí)例分割以及全景分割）的性能以及和 SAM 在 zero-shot 實(shí)體級別的分割能力。

CropFormer算法框架

除此之外，高分辨率圖片和精細(xì)化掩膜給分割任務(wù)帶來了新的挑戰(zhàn)。為了節(jié)省硬件內(nèi)存需求，分割模型需要壓縮高分辨率圖片及標(biāo)注進(jìn)行訓(xùn)練和測試進(jìn)而導(dǎo)致分割質(zhì)量的降低。為了解決這一問題，作者提出了 CropFormer 框架來解決高分辨率圖片分割問題。CropFormer 受到 Video-Mask2Former [5] 的啟發(fā), 利用一組 query 連結(jié)壓縮為低分辨率的全圖和保持高分辨率的裁剪圖的相同實(shí)體。因此，CropFormer 可以同時(shí)保證圖片全局和區(qū)域細(xì)節(jié)屬性。CropFormer 是根據(jù) EntitySeg 高質(zhì)量數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)提出的針對高分辨率圖像的實(shí)例/實(shí)體分割任務(wù)的 baseline 方法，更加迎合當(dāng)前時(shí)代圖片質(zhì)量的需求。

最后在補(bǔ)充材料中，作者展示了更多的 EntitySeg 數(shù)據(jù)集以及 CropFormer 的可視化結(jié)果。下圖為更多數(shù)據(jù)標(biāo)注展示：

下圖為 CropFormer 模型測試結(jié)果：

參考文獻(xiàn)

[1] Open-World Entity Segmentation. TAPMI 2022.[2] CA-SSL: Class-agnostic Semi-Supervised Learning for Detection and Segmentation. ECCV 2022.[3] Open-Vocabulary Panoptic Segmentation with MaskCLIP. ICML 2023.[4] SceneComposer: Any-Level Semantic Image Synthesis. CVPR 2023.[5] Masked-attention Mask Transformer for Universal Image Segmentation. CVPR 2022.

[6] Segment Anything. ICCV 2023.

原文標(biāo)題：ICCV 2023 | 超越SAM！EntitySeg：更少的數(shù)據(jù)，更高的分割質(zhì)量

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