单目深度估计(Monocular Depth Estimation)论文阅读 2021-01-15

本文介绍了单目深度估计的无监督和有监督方法,重点关注数据集、网络模型和损失函数。讨论了包括基于多任务网络、GAN网络和其他方法在内的技术,并详细解析了几篇重要的学术论文,探讨了它们的创新点和应用。

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单目深度估计

问题公式化:求非线性映射函数

一、数据集

NYU Depth:视频序列和dense depth map通过RGB-D采集的,但是不是每一种图像都有深度图,因为映射是离散的。

KITTI:计算机视觉中最大的数据集包括光流、视觉里程、深度、目标检测、语义分割、跟踪,有一部分是有稀疏的深度图来自LIDAR sensor。

Make3D:有image-depth pairs 没有视频序列和stereo images 适用于有监督任务和测试无监督网络。

Cityscapes:主要用于语义分割任务包含语义lable, 也包含一些stereo 视频序列但是没有深度图 适合无监督深度估计。

二、无监督方法:

输入:序列 或 stereo images

方法分类:

1.基于多任务网络:

利用深度图、位姿检测等重构目标图,再用源图进行监督学习,公式化如下:

整体网络:f(I_{j},D_{i},E(j \to i)) \to \hat{I_{i}}, E是位姿检测或转换网络

 光一致性监督:,再添加一些其他loss约束:如深度图光滑约束:

2.基于GAN网络:

同上类似,利用生成器重构目标图,再把判别器当作无监督loss 判断真假进行训练。

### 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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