Расположение объектов на изображении

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
Эта статья находится в разработке!

Расположение объектов на изображении — область компьютерного зрения, в которую входят такие задачи, как замена или добавление объекта на изображение, также к этой области относят задачи расположения объектов на изображении по их текстовому описанию и генерации изображений по тексту.

Основные технологии

Для решения задач данной области в основном используются разновидности порождающих состязательных сетей (англ. Generative adversarial network, GAN), такие как ST-GAN[1], LayoutGAN[2], GCC-GAN[3]. Также широко используются сверточные нейронные сети (англ. Convolutional neural network, CNN). Для обучения моделей в основном используются наборы данных Visual Genome[4] и MS COCO[5].

Генерация объектов на изображении по тексту

Рассмотрим модель[6] генерации объектов по тексту. На вход она получает граф сцены (англ. scene graph), полученный с помощью графовой сверточной сети (англ. Graph convolutional network, сокращенно GCN). Граф сцены определяет объекты и отношения между ними, по нему строятся векторные представления (англ. embedding vector) для каждого объекта. Векторные представления используются для предсказания баундинг боксов (англ. bounding box) и масок сегментации (англ. segmentation mask), которые объединяются для формирования макета сцены (англ. scene layout). Каскадная сеть уточнения (англ. cascaded refinement network, сокращенно CRN) преобразует макет сцены в изображение. Модель обучается на состязательной основе против пары дискриминаторных сетей.

Рис. 1 Архитектура модели[6]

Для получения макета объекта векторные представления каждого объекта подаются в сеть макетов объектов (англ. object layout network). Сеть макетов объектов состоит из двух сетей: первая (mask regression network) предсказывает маску объекта и состоит из нескольких транспонированных сверточных слоев с сигмоидой, вторая (box regression network) предсказывает баундинг бокс и представляет из себя многослойный нейрон. Векторное представление объекта умножается на маску, в результате чего получается маскированное представление объекта (англ. masked embedding), которое затем вписывается в предсказанный баундинг бокс с помощью билинейной интерполяции. Суммируя все макеты объектов, получаем макет сцены. Схема получения макета сцены представлена на рисунке 2. Также для получения макета сцены можно использовать модель LayoutVAE.

Рис. 2 Схема работы генератора макета сцены

Примеры работы модели представлены на рисунке 3, первые 4 изображения получены на наборе данных Visual Genome, а последние 4 изображения были получена на наборе данных MS COCO.

Рис. 3 Примеры работы модели[6]

Компоновка изображений

Компоновка изображений — это метод, используемый для создания реалистичных, но поддельных изображений, путем замены содержимого одного изображения на другое. Рассмотрим модель[7] компоновки изображений. На вход подается исходное изображение и его макет, модель предсказывает расположение баундинг бокса для вставки объекта, ищет сегмент, подходящий по контексту, на других изображениях и вставляет его на исходное изображение.

Рис. 4 Обзор модели[7]

Предсказание расположения баундинг бокса (Рис. 5) состоит из двух ветвей: первая предсказывает местоположение, а вторая — размер. Сначала изображение и его макет проходят через общие слои (англ. shared layers) — это слой свертки, слой пулинга и еще три слоя свертки. Выход общих слоев (англ. shared feature map) проходит через две ветви. Первая (location branch) нужна для предсказания местоположения баундинг бокса, она состоит из двух слоев свертки, а вторая (size branch) нужна для определения размера, она состоит из слоя пулинга, слоя свертки и двух полносвязных слоев.

Рис. 5 Предсказание баундинг бокса

Пример работы модели представлен на рисунке 6.

Рис. 6 Примеры работы модели[7]

Изображение для вставки можно генерировать, а не вырезать с других изображений.

Рис. 7 Генерация объекта и вставка на изображение

Для генерации используется модель[8], которая получает на вход три условия: шаблон (вектор шумов), цвет (цвета объектов) и геометрию (маска частей тела) и выдает сгенерированный по этим условиям объект. Схема работы подели представлена на рисунке 8.

Рис. 8 Модель MISC[8]

Чтобы при компоновке получить реалистичное изображение, необходимо учитывать не только цветовую, но и геометрическую целостность полученного изображения. Для этого используют такие порождающие состязательные сети, как GCC-GAN[3] и ST-GAN[1].

GCC-GAN

Модель получает на вход фон, на который надо вставить объект, сам объект и его маску. Генератор, состоящий из сетей преобразования и уточнения, учится создавать композиционные изображения, чтобы обмануть дискриминатор и сегментационную сеть. Дискриминатор в свою очередь пытается определить настоящее или нет изображение, поступившее ему на вход, а сегментационная сеть пытается отделить вставленный объект от фона. Схема работы модели и примеры представлены на рисунках 9 и 10 соответсвенно.

Рис. 9 Модель GCC-GAN[3]
Рис. 10 Пример работы GCC-GAN[3]

ST-GAN

В качестве генератора (рис. 11) в данной архитектуре используются сети с пространственными трансформаторами (англ. Spatial Transformer Networks, сокращенно STN). В данной модели используется стратегия последовательного обучения, которая показывает лучшее результаты по сравнению с наивным обучением одного генератора. Схема работы модели и примеры представлены на рисунках 12 и 13 соответсвенно.

Рис. 11 Генератор модели ST-GAN[1]
Рис. 12 Модель ST-GAN[1]
Рис. 13 Пример работы ST-GAN[1]

Генерация макета

Создание макета – задача, решение которой применимо в таких областях, как изображения, документы, мобильные приложения. Макет — это набор графических элементов, принадлежащих к одной или нескольким категориям, размещенных вместе осмысленным образом. Для этой задачи используют модели на основе порождающих состязательных сетей или трансформеров (англ. transformer).

LayoutGAN

Рассмотрим модель[2], которая получает набор случайно расположенных графических объектов со случайными вероятностями классов, кодировщик передает векторные представления объектов в модуль составных отношений (англ. stacked relation module), который уточняет векторные представления, учитывая пространственные и семантические отношения между всеми элементами. После этого декодер возвращает обратно вероятности классов и геометрические параметры. Получившийся макет визуализируется и подается на вход дискриминатору, представляющему из себя сверточную нейронную сеть. Архитектура модели и примеры работы с различными способами визуализации представлены на рисунках 14 и 15 соответсвенно.

Рис. 14 Модель LayoutGAN[2]
Рис. 15 Пример работы LayoutGAN[2]

LayoutTransformer

Рассмотрим модель[9], которая получает на вход последовательность элементов макета, которые преобразуются в векторные представления и поступают на вход модуля внимания, предсказывающего новую последовательность элементов макета. Схема работы модели и примеры представлены на рисунках 16 и 17 соответсвенно.

Рис. 16 Модель LayoutTransformer[9]
Рис. 17 Пример работы LayoutTransformer[9]

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 ST-GAN: Spatial Transformer Generative Adversarial Networks for Image Compositing, Chen-Hsuan Lin, Ersin Yumer, Oliver Wang, Eli Shechtman, Simon Lucey 2018
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 LayoutGAN: Generating Graphic Layouts With Wireframe Discriminators, Jianan Li, Jimei Yang, Aaron Hertzmann, Jianming Zhang, Tingfa Xu 2019
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 Toward Realistic Image Compositing with Adversarial Learning, Bor-Chun Chen, Andrew Kae 2019
  4. ↑ Visual Genome Connecting Language and Vision Using Crowdsourced Dense Image Annotations, Ranjay Krishna, Yuke Zhu, Oliver Groth, Justin Johnson, Kenji Hata, Joshua Kravitz, Stephanie Chen, Yannis Kalantidis, Li-Jia Li, David A. Shamma, Michael S. Bernstein, Li Fei-Fei 2016
  5. ↑ Microsoft COCO: Common Objects in Context, Tsung-Yi Lin, Michael Maire, Serge Belongie, Lubomir Bourdev, Ross Girshick, James Hays, Pietro Perona, Deva Ramanan, C. Lawrence Zitnick, Piotr Dollar 2015
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 Image Generation from Scene Graphs, Justin Johnson, Agrim Gupta, Li Fei-Fei 2018
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 Where and Who? Automatic Semantic-Aware Person Composition, Fuwen Tan, Crispin Bernier, Benjamin Cohen, Vicente Ordonez, Connelly Barnes 2017
  8. ↑ 8,0 8,1 MISC: Multi-condition Injection and Spatially-adaptive Compositing for Conditional Person Image Synthesis, Shuchen Weng, Wenbo Li, Dawei Li, Hongxia Jin, Boxin Shi 2020
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 Layout Generation and Completion with Self-attention, Kamal Gupta, Alessandro Achille, Justin Lazarow, Larry Davis, Vijay Mahadevan, Abhinav Shrivastava 2020

Источники информации

Источник — «http://neerc.ifmo.ru/wiki/index.php?title=Расположение_объектов_на_изображении&oldid=84765»