打打字就能指挥算法视频抠图，Transformer掌握跨模态新技能，精度优于现有模型丨CVPR 2022

丰色 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

都说Transformer适合处理多模态任务。

这不，在视频目标分割领域，就有人用它同时处理文本和视帧，提出了一个结构更简单、处理速度更快（每秒76帧）的视频实例分割框架。

这个框架只需一串文本描述，就可以轻松将视频中的动态目标“抠”出来：

可以实现端到端训练的它，在基准测试中的多个指标上表现全部优于现有模型。

目前，相关论文已被CVPR 2022接收，研究人员来自以色列理工学院。

主要思路

根据文本描述进行视频目标分割这一多模态任务（RVOS），需要结合文本推理、视频理解、实例分割和跟踪技术。

现有的方法通常依赖复杂的pipeline来解决，很难形成一个端到端的简便好用的模型。

随时CV和NLP领域的发展，研究人员意识到，视频和文本可以同时通过单个多模态Transformer模型进行有效处理。

为此，他们提出了这个叫做MTTR （Multimodal Tracking Transformer）的新架构，将RVOS任务建模为序列（sequence）预测问题。

首先，输入的文本和视频帧被传递给特征编码器进行特征提取，然后将两者连接成多模态序列（每帧一个）。

接着，通过多模态Transformer对两者之间的特征关系进行编码，并将实例级（instance-level ）特征解码为一组预测序列。

接下来，生成相应的mask和参考预测序列。

最后，将预测序列与基准（ground truth，在有监督学习中通常指代样本集中的标签）序列进行匹配，以供训练过程中的监督或用于在推理过程中生成最终预测。

具体来说，对于Transformer输出的每个实例序列，系统会生成一个对应的mask序列。

为了实现这一点，作者采用了类似FPN（特征金字塔网络）的空间解码器和动态生成的条件卷积核。

而通过一个新颖的文本参考分数函数，该函数基于mask和文本关联，就可以确定哪个查询序列与文本描述的对象具有最强的关联，然后返回其分割序列作为模型的预测。

精度优于所有现有模型

作者在三个相关数据集上对MTTR进行了性能测试：JHMDB-Sentences、 A2D-Sentences和Refer-YouTube-VOS。

前两个数据集的衡量指标包括IoU（交并比，1表示预测框与真实边框完全重合）、平均IoU和precision@K（预测正确的相关结果占所有结果的比例）。

结果如下：

可以看到，MTTR在所有指标上都优于所有现有方法，与SOTA模型相比，还在第一个数据集上提高了4.3的mAP值（平均精度）。

顶配版MTTR则在平均和总体IoU指标上实现了5.7的mAP增益，可以在单个RTX 3090 GPU上实现每秒处理76帧图像。

MTTR在JHMDBs上的结果表明MTTR也具备良好的泛化能力。

更具挑战性的Refer-YouTube-VOS数据集的主要评估指标为区域相似性（J）和轮廓精度（F）的平均值。

MTTR在这些指标上全部“险胜”。

一些可视化结果表明，即使在目标对象被类似实例包围、被遮挡或完全超出画面等情况下，MTTR都可以成功地跟踪和分割文本引用的对象。

最后，作者表示，希望更多人通过这项成果看到Transformer在多模态任务上的潜力。

最最后，作者也开放了两个试玩通道，感兴趣的同学可以戳文末链接～

△ Colab试玩效果

试玩地址：
https://huggingface.co/spaces/akhaliq/MTTR
https://colab.research.google.com/drive/12p0jpSx3pJNfZk-y_L44yeHZlhsKVra-?usp=sharing

论文地址：
https://arxiv.org/abs/2111.14821

代码已开源：
https://github.com/mttr2021/MTTR