论文阅读:Self-Supervised Monocular Depth Estimation with Internal Feature Fusion(DIFFNet)

该文提出了一种新的自监督单目深度估计方法,利用HRNet保持高分辨率特征的优势,并设计了注意力模块处理跳接信息。通过扩展的评估策略,对方法在困难场景中的性能进行了测试。在解码器中应用了通道注意力机制,增强了特征融合。实验证明了这种方法的有效性。

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中文标题:基于内部特征融合的自监督单目深度估计

创新点

  • 参照HR-Net在网络上下采样的过程中充分利用语义信息。
  • 设计了一个注意力模块处理跳接。
  • 提出了一个扩展的评估策略,其中方法可以使用基准数据中的困难的情况进行进一步测试,以一种自我建立的方式形成。

网络结构设计

高分辨率编码器

在这里插入图片描述

  • 浅层但高分辨率的特征在空间上很精确,相反,深层但低分辨率的特征在空间上并不精确,但是语义信息丰富。
  • x r e , s x^e_r,s xre,s代表特征图中第s阶段,第r个子流。第r个子流的分辨率是原分辨率的 1 / 2 r − 1 1/2^{r-1} 1/2r1
  • 使用HRNet编码器,效果明显强于ResNet.
  • DIFFNet强制来自不同阶段的特征映射包含不同的语义信息,但在解码之前使用连接策略融合来自所有中间阶段的输出。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述- HRNet和DiFFNet不同节点间特征可视化图,可知DiFFnet的深层特征更加语义。
    在这里插入图片描述- HRNet和DIFFNet

注意力机制深度解码器

  • 解码器的整体结构和Mono2类似。将DIFF Encoder的每一自流集合的特征当作与编码器的跳接形成U-net。重点是加入了通道注意力机制帮助特征融合。
  • 注意力机制:
    ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/c3fcbad0a59e4e80acde82c36e3c51ab.png#pic_center# = 400x)
  • 在消融实验中,加入空间注意力机制效果不佳,顾舍弃。

蒸馏实验结果

在这里插入图片描述

扩展的评估

  • 选取了验证集上最难的10张图单独作为测试集进行评估。
    在这里插入图片描述

参考文献

[1] Zhou H, Greenwood D, Taylor S. Self-supervised monocular depth estimation with internal feature fusion[J]. arXiv preprint arXiv:2110.09482, 2021.

### 关于Self-Supervised Monocular Depth Estimation论文的复现方法与代码 #### 复现方法概述 为了成功复现Self-Supervised Monocular Depth Estimation的相关工作,通常需要遵循以下几个方面的要求: 1. **数据准备** 自监督单目深度估计的核心在于利用未标注的数据进行训练。例如,《PackNet:3D Packing for Self-Supervised Monocular Depth Estimation》提到使用视频序列和相机运动信息作为输入[^2]。因此,可以选择公开可用的数据集如KITTI、Cityscapes或DDAD(如果适用),并确保数据预处理阶段能够提取连续帧及其对应的相机姿态。 2. **网络架构设计** 不同的论文采用了不同的网络结构来提升深度估计的效果。例如: - DIFFNet引入了高分辨率编码器,并通过注意力机制优化跳接连接[^1]。 - HR-Depth则专注于增强 shortcut 连接的质量以及采用 fSE 特征融合算子以更好地保留语义和空间信息[^4]。 在实际复现时,可以根据目标需求选择合适的网络结构或者尝试结合多种技术特点。 3. **损失函数定义** 损失函数的设计对于自监督学习至关重要。常见的做法包括但不限于光度一致性损失 (photometric consistency loss),几何正则化项等。特别值得注意的是,《Digging Into Self-Supervised Monocular Depth Estimation》一文中提到了几种改进措施——最小重投影损失、自适应遮罩损失及全分辨率多尺度采样方法,这些都可以显著改善最终结果[^3]。 4. **实验环境配置** 确保开发环境中安装有必要的依赖库版本匹配(比如PyTorch/TensorFlow)。同时也要注意硬件资源是否满足大规模神经网络训练的需求。 #### 示例代码片段 以下是基于PyTorch框架的一个简单示例,展示如何构建基础版的自监督单目深度估计流程的一部分: ```python import torch import torch.nn as nn from torchvision import models class Encoder(nn.Module): def __init__(self): super(Encoder, self).__init__() resnet = models.resnet18(pretrained=True) layers = list(resnet.children())[:8] self.encoder = nn.Sequential(*layers) def forward(self, x): return self.encoder(x) class Decoder(nn.Module): def __init__(self): super(Decoder, self).__init__() # Define decoder architecture here... def forward(self, x): pass # Implement decoding logic def photometric_loss(img1_warped, img2): """Compute photometric reconstruction error.""" l1_loss = torch.abs(img1_warped - img2).mean() ssim_loss = SSIM()(img1_warped, img2).mean() # Assume an implemented SSIM function exists. total_loss = 0.85 * ssim_loss + 0.15 * l1_loss return total_loss # Instantiate encoder & decoder... encoder = Encoder().cuda() decoder = Decoder().cuda() # Example usage during training loop: for batch_data in dataloader: imgs, poses = batch_data['imgs'], batch_data['poses'] features = encoder(imgs.cuda()) depths_pred = decoder(features) # Predicted inverse depth maps. warped_img = warp_image(depths_pred, poses) # Function to perform warping based on predicted depths and camera poses. loss_value = photometric_loss(warped_img, target_img) optimizer.zero_grad() loss_value.backward() optimizer.step() ``` 上述代码仅为示意性质,具体实现还需参照原论文中的详细算法描述调整参数设定与功能模块。 --- ###
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