作者:谢宣松 阿里达摩院开放视觉智能负责人
编辑:好困
计算机视觉是人工智能的基石,也是应用最广泛的 ai 技术,从日常手机解锁使用的人脸识别,再到火热的产业前沿自动驾驶,视觉 ai 都大显身手。
作为一名视觉 ai 研究者,我认为视觉 ai 的潜能远未得到充分发挥,穷尽我们这些研究者的力量,也只能覆盖少数行业和场景,远未能满足全社会的需求。
因此,在 ai 模型社区魔搭 modelscope 上,我们决定全面开源达摩院研发的视觉 ai 模型,首批达 101 个,其中多数为 sota 或经过实践检验。我们希望让更多开发者来使用视觉 ai,更期待 ai 能成为人类社会前进的动力之一。
魔搭社区地址:modelscope.cn
背景
ai 模型较为复杂,尤其是要应用于行业场景,往往需要重新训练,这使得 ai 只掌握在少数算法人员手中,难以走向大众化。
而新推出的魔搭社区 modelscope,践行模型即服务的新理念(model as a service),提供众多预训练基础模型,只需针对具体场景再稍作调优,就能快速投入使用。
达摩院率先向魔搭社区贡献 300 多个经过验证的优质 ai 模型,超过 1/3 为中文模型,全面开源开放,并且把模型变为直接可用的服务。
社区首批开源模型包括视觉、语音、自然语言处理、多模态等 ai 主要方向,并向 ai for science 等新领域积极探索,覆盖的主流任务超过 60 个。
模型均经过专家筛选和效果验证,包括 150 多个 sota(业界领先)模型和 10 多个大模型,全面开源且开放使用。
概要:以人为中心的视觉 ai
这些年来,达摩院作为阿里巴巴的基础科研机构和人才高地,在阿里海量业务场景中研发出一批优秀的视觉 ai 能力,分布在各个环节:
这些视觉 ai 技术,几乎覆盖了从理解到生成等各方面。因视觉技术任务众多,我们需要有一个相对合理的分类方法,可以从模态、对象、功能、场景等几个维度来分:
魔搭社区首批开放了主要的视觉任务模型,这些模型即有学术创新的 sota 技术,也有久经考验的实战模型,从「功能 / 任务」的维度上,涵盖了常见的感知、理解、生产等大类:
虽然视觉技术有点庞杂,但其实有个核心,那就是研究「对象」,「人」一直以来都是最重要的「对象」。「以人为中心」的视觉 ai 技术,也是研究最早最深、使用最普遍的技术。
我们以一个人的照片作为起点。
ai 首先需要理解这个照片 / 图像,如识别这个照片是谁,有什么动作,能否抠出像等。
然后,我们还需要进一步探索:照片质量如何,能否画质变得更好,其中的人能否变得更漂亮,甚至变成卡通人、数字人等…
如上的 7 个「人」相关的流程,基本涵盖了视觉任务中的「理解」、「增强」、「编辑」等大类,我们以魔搭社区已开放的相关模型为实例,来分享以人为中心的视觉技术的特点、优点、示例以及应用。
感知理解类模型
1. 从照片抠出人像
模型名:bshm 人像抠图
体验链接:https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_unet_image-matting/
从照片抠出人像,去掉背景,是一个非常普遍的需求,也是「ps」的基本操作之一,但传统人工操作费时费力、且效果不佳。
魔搭提供的人像抠图模型,是一个 全自动、端到端的人像抠图模型,能够实现发丝级别的精细分割。
技术上我们也进行了创新,不同于其他模型基于大量精细标注数据训练的方法,我们的模型使用粗标注数据就能实现精细抠图,对数据要求低、精度高。
具体来说,模型框架分为三部分:粗 mask 估计网络(mpn)、质量统一化网络(qun)、以及精确 alpha matte 估计网络(mrn)。
我们首先将复杂问题拆解,先粗分割(mpn)再精细化分割(mrn)。
学术界有大量易获取的粗分割数据,但是粗分割数据和精分割数据不一致导致预期 gap 很大,故而我们又设计了质量统一化网络(qun)。
mpn 的用途是估计粗语义信息(粗 mask),使用粗标注数据和精标注数据一起训练。
qun 是质量统一化网络,用以规范粗 mask 质量,qun 可以统一 mpn 输出的粗 mask 质量。
mrn 网络输入原图和经过 qun 规范化后的粗 mask,估计精确的 alpha matte,使用精确标注数据训练。
当然,抠图分割相关的需求非常多样化,我们也上线了一系列模型,支持非人像抠图以及视频抠图等。
开发者可以直接拿来即用,如进行辅助设计师抠图,一键抠图,大幅提升设计效率,或者自由换背景,可实现会议虚拟背景、证件照、穿越等效果。这些也在阿里自有产品(如钉钉视频会议)及云上客户广泛使用。
2. 检测并识别是谁
模型名:mogface 人脸检测
体验链接:https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_resnet101_face-detection_cvpr22papermogface/
人脸检测和识别是一个 ai 经典任务,也是应用最广泛的视觉技术之一;从另一方面看,其对效果和性价比要求非常苛刻。
我们自研的 mogface 为当前 sota 的人脸检测方法,已在 wider face 六项榜单上霸榜一年半以上,具体技术论文发表于 cvpr2022,主要贡献是从 label assignment, scale-level data augmentation and reduce false alarms 三个角度改进人脸检测器。
技术上的特点有:
- scale-level data augmentation (sse):sse 是第一个从 maximize pyramid layer 表征的角度来控制数据集中 gt 的尺度分布,而不是 intuitive 的假想检测器的学习能力,因此在不同场景下都很鲁棒;
- adaptive online anchor mining strategy(ali-ams):减少对超参的依赖, 简单且有效的 adpative label assign 方法;
- hierarchical context-aware module (hcam):减少误检是真实世界人脸检测器面对的最大挑战,hcam 是最近几年第一次在算法侧给出 solid solution。
人脸检测作为人脸相关的基础能力,可应用于人脸相册 / 人脸编辑 / 人脸比对等场景。
由于人脸相关的模型使用非常广泛,我们也有系列模型的迭代计划,包括 mogface 中所介绍的技术点除了 hcam 均无需引入额外的计算量,后续准备打造 sota 的 family-based 人脸检测模型;以及真实世界的人脸检测器除了面对减少误检的问题,还面对如何增加人脸检出率的问题,以及他们之间如何平衡的问题,我们正在进一步探索。
3. 人体关键点及动作识别
模型名字:hrnet 人体关键点 -2d
体验链接:https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_hrnetv2w32_body-2d-keypoints_image/
该任务采用自顶向下的人体关键点检测框架,通过端对端的快速推理可以得到图像中的 15 点人体关键点。
其中人体关键点模型基于 hrnet 改进的 backbone,充分利用多分辨率的特征较好地支持日常人体姿态,在 coco 数据集的 ap 和 ar50 上取得更高精度。
同时我们也针对体育健身场景做了优化,尤其是在瑜伽、健身等场景下多遮挡、非常见、多卧姿等姿态上具有 sota 的检测精度。
为了更好的适用于各种场景,我们持续进行优化:
- 针对通用场景的大模型在指标上达到 sota 性能;
- 针对移动端部署的小模型,内存占用小,运行快、性能稳定,在千元机上达到 25~30fps;
- 针对瑜伽、跳绳技术、仰卧起坐、俯卧撑、高抬腿等体育健身计数和打分场景下多遮挡、非常见、多卧姿姿态等情况做了深度优化,提升算法精度和准确度。
本模型已经广泛应用于 ai 体育健身、体育测试场景,如阿里体育乐动力,钉钉运动,健身镜等,也可应用于 3d 关键点检测和 3d 人体重建等场景。
4. 小结
上述三个「人」相关的模型,都属于感知理解这个大类。先认识世界,再改造世界,感知理解类视觉技术是最基础、也是应用最广泛的模型大类,也可以分为识别、检测和分割三小类:
- 识别 / 分类是视觉(包括图像、视频等)技术中最基础也是最经典的任务,也是生物通过眼睛了解世界最基本的能力。简单来说,判定一组图像数据中是否包含某个特定的物体,图像特征或运动状态,知道图像视频中描述的对象和内容是什么。此外,还需要了解一些更细维度的信息,或者非实体对象的一些描述标签。
- 目标检测的任务是找出视觉内容中感兴趣的目标(物体),确定它们的位置和大小,也是机器视觉领域的核心问题之一。一般来说,也会同时对定位到的目标进行分类识别。
- 分割是视觉任务中又一个核心任务,相对于识别检测,它又更进一步,解决「每一个像素属于哪个目标物或场景」的问题。是把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标的技术和过程。
魔搭社区上面开放了丰富的感知理解类模型,供 ai 开发者试用使用:
5. 彩蛋:damo-yolo 首次放出
模型名字:damoyolo- 高性能通用检测模型 -s
体验链接:https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_tinynas_object-detection_damoyolo/summary
通用目标检测是计算机视觉的基本问题之一,具有非常广泛的应用。
damo-yolo 是阿里新推出来的 目标检测框架,兼顾模型速度与精度,其效果超越了目前的一众 yolo 系列方法,且推理速度更快。
damo-yolo 还提供高效的训练策略和便捷易用的部署工具,能帮助开发者快速解决工业落地中的实际问题。
damo-yolo 引入 tinynas 技术,使得用户可以根据硬件算力进行低成本的检测模型定制,提高硬件利用效率并且获得更高精度。
另外,damo-yolo 还对检测模型中的 neck、head 结构设计,以及训练时的标签分配、数据增广等关键因素进行了优化。
由于做了一系列优化,damo-yolo 在严格限制 latency 的情况下精度取得了显著的提升,成为 yolo 框架中的新 sota。
底层视觉模型
1. 照片去噪去模糊
模型名字:nafnet 图像去噪
体验地址:https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_nafnet_image-denoise_sidd/
因拍摄环境、设备、操作等原因,图像质量不佳的情况时而存在,怎么对这些图像的噪声去除、模糊还原?
该模型在图像恢复领域具有良好的泛化性,无论是图像去噪还是图像去模糊任务,都达到了目前的 sota。
由于技术创新,该模型使用了简单的乘法操作替换了激活函数,在不影响性能的情况下提升了处理速度。
该模型全名叫 nafnet 去噪模型,即非线性无激活网络(nonlinear activation free network),证明了常见的非线性激活函数(sigmoid、relu、gelu、softmax 等)不是必须的,它们是可以被移除或者是被乘法算法代替的。该模型是对 cnn 结构设计的重要创新。
本模型可以做为很多应用的前置步骤,如智能手机图像去噪、图像去运动模糊等。
2. 照片修复及增强
模型名字:gpen 人像增强模型
体验地址:https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_gpen_image-portrait-enhancement/
除照片去噪以外,对照片的质量(包括分辨、细节纹理、色彩等)会有更高的处理要求,我们也开放了专门的人像增强模型,对输入图像中的每一个检测到的人像做修复和增强,并对图像中的非人像区域采用 realesrnet 做两倍的超分辨率,最终返回修复后的完整图像。该模型能够鲁棒地处理绝大多数复杂的真实降质,修复严重损伤的人像。
从效果上看,gpen 人像增强模型将预训练好的 stylegan2 网络作为 decoder 嵌入到完整模型中,并通过 finetune 的方式最终实现修复功能,在多项指标上达到行业领先的效果。
从应用的视角,本模型可以修复家庭老照片或者明星的老照片,修复手机夜景拍摄的低质照片,修复老视频中的人像等。
后续我们将增加 1024、2048 等支持处理大分辨人脸的预训练模型,并在模型效果上持续更新迭代。
3. 小结
底层视觉,关注的是画质问题。只要是生物(含人),都会对因光影而产生的细节、形状、颜色、流畅性等有感应,人对高画质的追求更是天然的,但由于各种现实条件,画质往往不理想,这时候视觉 ai 就能派上用场。
从任务分类上,可以分为:清晰度(分辨率 / 细节、噪声 / 划痕、帧率)、色彩(亮度、色偏等)、修瑕(肤质优化、去水印字幕)等,如下表:
编辑生成类模型
1. 变得更漂亮
模型名字:abpn 人像美肤
体验链接:https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_unet_skin-retouching/
人们对照片人像的美观度是一个刚性需求,包括斑点、颜色、瑕疵等,甚至高矮胖瘦。本次我们开放了专业级别的人像美肤、液化等模型供大家使用。
本模型提出了一个新颖的自适应混合模块 abm,其利用自适应混合图层实现了图像的局部精准修饰。此外,我们在 abm 的基础上进一步构建了一个混合图层金字塔,实现了超高清图像的快速修饰。
相比于现有的图像修饰方法,abpn 在修饰精度、速度上均有较大提升。abpn 人像美肤模型为 abpn 模型在人像美肤任务中的具体应用。
如下示例:
更进一步,我们还可以在服饰上做一些有意思的尝试,如去皱:
甚至瘦身美型:
体验链接:https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_flow-based-body-reshaping_damo/summary
从效果上来说,有如下几点特色:
- 局部修饰。只对目标区域进行编辑,保持非目标区域不动。
- 精准修饰。充分考虑目标本身的纹理特征和全局上下文信息,以实现精准修饰,去除瑕疵的同时保留皮肤本身的质感。
- 超高分辨率的处理能力。模型的混合图层金字塔设计,使其可以处理超高分辨率图像(4k~6k)。
本模型有很强的实用性,比如可应用于专业修图领域,如影楼、广告等,提高生产力,也可以应用于直播互娱场景,提升人像皮肤质感。
2. 变成卡通人
模型名:dct-net 人像卡通化模型
体验链接:https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_unet_person-image-cartoon_compound-models/
人像卡通化是一个具有很好互动性的玩法,同时又有多种风格可选。魔搭开放的人像卡通化模型基于全新的域校准图像翻译网络 dct-net(domain-calibrated translation)实现,采用了「先全局特征校准,再局部纹理转换」的核心思想,利用百张小样本风格数据,即可训练得到轻量稳定的风格转换器,实现高保真、强鲁棒、易拓展的高质量人像风格转换效果。
如下示例:
从效果上来看:
- dct-net 具备内容匹配的高保真能力,能有效保留原图内容中的人物 id、配饰、身体部件、背景等细节特征;
- dct-net 具备面向复杂场景的强鲁棒能力,能轻松处理面部遮挡、稀有姿态等;
- dct-net 在处理维度上和风格适配度上具有易拓展性,利用头部数据即可拓展至全身像 / 全图的精细化风格转换,同时模型具有通用普适性,适配于日漫风、3d、手绘等多种风格转换。
后续我们也会对卡通化进行系列化的开放,除图像转换外,后续将包含图像、视频、3d 卡通化等系列效果,先放一些效果大家看看:
3. 小结
这类模型对图像内容进行修改,包括对源图内容进行编辑加工(增加内容、删除内容、改换内容等),或者直接生成一个新的视觉内容,转换一个风格,得到一张新的图像(基于源图像且与源图不同),都属于编辑生成这个大类,可以理解成,从 a 图得到 b 图的过程。
行业场景类模型
如最开始所说,视觉 ai 技术的价值体现,在广泛的各类场景中都存在,除了上述「人」相关的视觉 ai 技术,我们也开放了来自互联网、工业、互娱、传媒、安全、医疗等多个实战型的模型,这些模型可以拿来即用,也可以基于finetune训练或自学习工具进一步加工完善,用于开发者、客户特定的场景,这里举一个例子:
模型名:烟火检测(正在集成中)
模型功能: 可做室外、室内的火焰检测以及烟雾检测,森林、城市道路、园区,卧室、办公区域、厨房、吸烟场所等,算法打磨近 2 年,并在多个客户场景实际应用,整体效果相对稳定。
从技术视角来说,本模型提出 correlation block 提升多帧检测精度,其设计数据增强方法提高识别灵敏度同时有效控制误报。
从应用上来说,模型可应用于室内、室外多种场景,只需要手机拍摄、监控摄像头等简单设备就可以实现模型功能。
结语:视觉 ai 的开放未来
通过上述分析,我们可以发现,视觉 ai 的应用潜能极为广泛,社会需求极为多样,但现实情况却是:视觉 ai 的供给能力非常有限。
达摩院在魔搭 modelscope 之前,就率先开放了 api 形态的视觉 ai 服务,通过公共云平台对 ai 开发者提供一站式视觉在线服务平台,即视觉智能开放平台(vision.aliyun.com),其中开放了超 200 个 api,涵盖了基础视觉、行业视觉等方面,也包括上面所说的「以人为中心」的视觉技术。
从开放视觉平台到魔搭社区,这意味着达摩院视觉 ai 的开放迈出了更大的一步。从 openapi 拓展到 opensdk、opensota,从公共云到端云协同,从平台到社区,我们希望去满足千行百业对视觉 ai 的需求,希望促进视觉 ai 的生态发展。
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