【论文阅读】实时全能分割模型

导言

在最近的计算机视觉领域，针对实时多任务分割的需求日益增长，特别是在交互式分割、全景分割和视频实例分割等多种应用场景中。为了解决这些挑战，本文介绍了一种新方法——RMP-SAM（Real-Time Multi-Purpose Segment Anything），旨在实现实时的多功能分割。RMP-SAM结合了动态卷积与高效的模型架构，使其能够在有限的计算资源下处理多种分割任务，且保持令人满意的准确率与速度。

1、论文简介

论文题目：
RMP-SAM: Towards Real-Time Multi-Purpose Segment Anything

研究领域：
计算机视觉、图像分割

作者单位：
北京大学、南洋理工大学、加州大学默塞德分校、上海AI实验室等

论文链接：
https://doi.org/10.48550/arXiv.2401.10228

论文来源：
ICLR2025

2、论文主要方法

方法概述：本文提出的方法包含三个视觉输入：图像、视频和视觉提示。利用位置编码，从这些视觉提示生成提示查询。可学习对象查询、提示查询和特征映射F被定向到多级解码器。此过程生成多阶段预测和精炼查询。这些精细化的查询与F进行交叉关注，从而产生最终的预测。

关键模块：
高效编码器：

• RMP-SAM引入了基于动态卷积的设计，这种设计能够在处理输入数据时，减少计算复杂度。动态卷积通过在每个特征图上执行卷积操作，而不是使用逐像素的交叉注意力机制，显著提升了在实时处理场景下的运行速度。模型的高效编码器可以快速提取图像和视频输入的特征，从而为后续的解码和分割任务打下良好的基础。

统一解码器：

• 该模块采用一个共享的解码器，支持不同类型的输入（图像、视频和视觉提示），生成对应的分割掩模。重要的是，这个解码器设计成可以接收多种查询方式（例如点、框和文本提示），从而提高了模型对用户输入的灵活性和响应速度。这种统一的解码机制使得多个分割任务可以在同一个网络中进行处理，避免了使用多个专用解码器所带来的复杂性和性能损失。

双适配器设计：

• RMP-SAM的双适配器设计具有不对称性，目的是更好地转移共享特征。这个设计使得模型能够利用来自不同任务的特征，共享和优化学习过程。通过适应性地调整适配器的参数，RMP-SAM能够综合考虑语义层次和交互层次的任务需求，提高多任务学习的效果，为各个输出生成提供支持。

联合共训练策略：

• 在训练过程中，RMP-SAM采用了一种联合共训练的策略，利用了COCO和YouTube-VIS等多个数据集。这一策略允许模型通过共享的超参数和特征学习，在不同任务之间进行知识转换。然而，这些任务并不直接重叠，使得模型能从更多样化的数据中学习特征，有效提升了在新环境中的泛化能力和准确性。

多任务处理能力：

• RMP-SAM的核心目标是实现实时的多任务分割，这意味着模型可以同时处理图像分割、视频分割和交互式分割。每项任务都能通过共享的架构进行独立推理，从而达到实时响应的能力。多任务能力的实现并不依赖于复杂的架构设计，而是充分利用了上述模块的协同作用，使其在多个任务上表现出色。

3、论文针对的问题

论文主要针对缺乏实时多任务分割模型的问题。目前的分割方法通常设计为特定任务，难以在不同应用场景中有效运行，同时存在实时性能与准确性之间的矛盾。作者提出的RMP-SAM模型旨在解决这些挑战，以实现高效的实时多目的分割，能够同时处理交互式分割、全景分割和视频实例分割等任务。

4、论文创新点

实时多目的分割框架：
RMP-SAM开创性地提供了一个单一模型，能够在实时条件下同时处理交互式分割、全景分割和视频实例分割，显著提升了分割任务的灵活性和实用性。

高效的动态卷积架构：
通过引入动态卷积方法，RMP-SAM能够有效地优化模型的解码过程，实现更快的处理速度与更高的准确性，在传统方法无法实现的实时应用中表现出色。

双适配器设计与联合共训练：
采用双适配器结构以增强多任务学习中的特征共享，同时探索联合共训练策略，提升各个任务之间的协同效应，从而提高模型的综合性能和泛化能力。

总结

RMP-SAM是一种高效的实时多任务分割模型，兼具交互式分割、全景分割和视频实例分割功能。它采用动态卷积和双适配器设计，以提升准确性和泛化能力。该模型在智能驾驶、视频编辑、增强现实、医疗图像分析和人机交互等领域具有广泛应用潜力，能够实时检测和分割对象，提高各类任务的效率与安全性。