苹果开源Depth Pro:0.3秒实现从2D图像到3D深度图的革命性突破

2024-10-15 15:10   上海  


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近日,苹果公司的AI研究团队震撼推出了一项划时代的技术——Depth Pro。这一技术能够在0.3秒内从单一的2D图像中生成高精度的3D深度图,突破了单目深度估计技术的极限。这项创新将为智能设备和计算机视觉领域带来全新的应用可能性,标志着深度估计技术的重大进展。


来源:传神社区
01 模型简介
Depth Pro 是苹果公司推出的零样本单目深度估计模型,专门为从单个 2D 图像生成高精度 3D 深度图而设计。该模型无需依赖相机内部参数(如焦距),通过多尺度 Vision Transformer (ViT) 架构,能够在标准 GPU 环境下以 0.3 秒的速度生成 225 万像素的深度图,精度极高,甚至可以捕捉到毛发和细铁丝等微小细节。
与其他深度估计模型不同,Depth Pro 具备出色的“零样本学习”能力,这意味着它不需要针对特定数据集进行大量训练,便可快速生成准确的深度图。通过结合真实世界和合成数据集进行两阶段训练,Depth Pro 在多种场景中展现出强大的泛化能力,适用于增强现实(AR)、机器人技术、医疗影像分析等多个领域。

02 技术亮点
Depth Pro 的卓越表现离不开其在技术上的诸多创新,以下是该模型的几大核心技术亮点:
  1. 多尺度 Vision Transformer (ViT) 架构
    Depth Pro 采用了多尺度 ViT 架构,能够在不同尺度上处理图像,捕捉全局上下文信息和细微的局部细节。这一设计使得模型可以处理精细结构,如毛发、细铁丝等,同时保持图像边缘的清晰度。该架构还通过共享权重,确保了不同尺度之间的一致性,进而提升深度估计的精确度和运行效率。
  2. 零样本学习能力
    与传统模型不同,Depth Pro 不依赖大量特定领域的训练数据,也不需要相机内参(如焦距等元数据)。其“零样本学习”能力使得该模型可以在未见过的场景中精准估计深度,展现了极强的泛化能力。这一特点使其适用于更广泛的应用场景,减少了对特定数据集和领域的依赖。
  3. 边界精度与细节捕捉能力
    Depth Pro 在深度图的边界处理上表现卓越,尤其擅长捕捉精细边缘和复杂物体结构,如毛发、植物等。这种精确的边界追踪技术使得生成的深度图更加锐利、细致,极大提升了深度估计的真实感和应用效果。
  4. 创新的训练策略
    Depth Pro 采用了两阶段训练方法。首先,利用混合的真实世界和合成数据集进行训练,提升模型的泛化能力。接着,在合成数据上进行微调,以优化边界处理和细节捕捉。这种创新的训练策略不仅提升了模型的精度,还有效降低了不同领域间的适应成本。
  5. 高效的运行速度
    Depth Pro 的架构经过优化,能够在标准 GPU 环境下以 0.3 秒的速度生成 225 万像素的高分辨率深度图。这种超快的处理速度,使得模型能够应用于需要实时处理的场景,如增强现实(AR)、自动驾驶等。与市场上其他深度估计模型相比,Depth Pro 在保证高精度的同时,大幅提升了处理效率。
  6. 焦距估计功能
    Depth Pro 集成了焦距估计模块,即便在缺少相机内参的情况下,模型仍能准确推测图像的焦距。这项功能通过独立的卷积头处理深度估计网络中的冻结特征,确保模型可以在多样化的场景中生成具有绝对尺度的度量深度图,为应用提供了更多灵活性。

03 卓越性能

Depth Pro 在多个基准测试中表现优异,超越了许多竞争对手。在 BoosterMiddleburySunRGBDETH3DnuScenesSintel 等数据集上,Depth Pro 始终名列前茅。通过 δ1 指标(衡量预测深度与真实深度相差 25% 以内的像素百分比)评估,Depth Pro 的表现出色,展现了卓越的泛化能力。

与许多深度估计模型不同,Depth Pro 在各种数据集中均表现稳定,没有出现领域偏差问题。例如,其他模型如 Depth AnythingMetric3D,由于依赖特定领域或使用了裁剪尺寸,常常违反零样本推理的前提。而 Depth Pro 通过两阶段训练方法,能够在保持高精度的同时适应多种场景,使其成为顶级的深度估计方法之一。

除了在深度预测方面表现优异,Depth Pro 还在边界精度上展现出显著优势。该模型能够捕捉图像中的细微边界和复杂结构,尤其擅长处理如毛发、细铁丝等细小物体的深度估计。即使与基于扩散的模型(如 Marigold,经过数十亿图像训练)或使用可变分辨率的模型(如 PatchFusion)相比,Depth Pro 的边界召回率也始终领先。
更值得一提的是,Depth Pro 在保持高精度的同时,其运行时间明显快于其他模型,尤其是 Marigold 和 PatchFusion。这使得 Depth Pro 能够在处理速度与精度之间实现完美平衡,成为单目深度估计领域中的佼佼者。

04 模型下载

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