深度学习单目深度估计研究进展

单目深度估计是从单幅图像中获取场景深度信息的重要技术,在智能汽车和机器人定位等领域应用广泛,具有重要的研究价值。随着深度学习技术的发展,涌现出许多基于深度学习的单目深度估计研究,单目深度估计性能也取得了很大进展。本文按照单目深度估计模型采用的训练数据的类型,从3个方面综述了近年来基于深度学习的单目深度估计方法:基于单图像训练的模型、基于多图像训练的模型和基于辅助信息优化训练的单目深度估计模型。同时,本文在综述了单目深度估计研究常用数据集和性能指标基础上,对经典的单目深度估计模型进行了性能比较分析。以单幅图像作为训练数据的模型具有网络结构简单的特点,但泛化性能较差。采用多图像训练的深度估计网络有更强的泛化性,但网络的参数量大、网络收敛速度慢、训练耗时长。引入辅助信息的深度估计网络的深度估计精度得到了进一步提升,但辅助信息的引入会造成网络结构复杂、收敛速度慢等问题。单目深度估计研究还存在许多的难题和挑战。利用多图像输入中包含的潜在信息和特定领域的约束信息,来提高单目深度估计的性能,逐渐成为了单目深度估计研究的趋势。     

Transformer与多尺度注意力的自监督单目图像深度估计

针对现有自监督学习的单目图像深度估计在分辨率较大情况下存在边缘模糊、物体轮廓不清晰等问题，本文提出一种结合视觉Transformer的多尺度通道注意力融合单目图像深度估计网络.首先，设计编码器-解码器模型，将视觉Transformer结构作为编码器在多个尺度上提取特征.其次，设计残差通道注意力融合的解码器，优化提取到的多尺度特征并实现上下级特征融合以提高上下文信息的利用率.最后，在多个尺度下对单目图像进行深度估计.本文提出的算法在KITTI数据集上进行实验.实验结果表明，所提出算法的深度图像质量和物体轮廓信息均高于现有算法，其绝对相对误差、平方相对误差和均方根误差分别达到了0.119、0.857和4.571,在不同阈值下的准确度达到了0.959、0.995和0.999,验证了所提算法的正确性和有效性.     

融合2D激光雷达的室内单目深度估计

在室内单目视觉导航任务中,场景的深度信息十分重要.但单目深度估计是一个不适定问题,精度较低.目前, 2D激光雷达在室内导航任务中应用广泛,且价格低廉.因此,本文提出一种融合2D激光雷达的室内单目深度估计算法来提高深度估计精度.本文在编解码结构上增加了2D激光雷达的特征提取,通过跳跃连接增加单目深度估计结果的细节信息,并提出一种运用通道注意力机制融合2D激光雷达特征和RGB图像特征的方法.本文在公开数据集NYUDv2上对算法进行验证,并针对本文算法的应用场景,制作了带有2D激光雷达数据的深度数据集.实验表明,本文提出的算法在公开数据集和自制数据集中均优于现有的单目深度估计.     

基于场景对象注意与深度图融合的深度估计

现有单目深度估计算法主要从单幅图像中获取立体信息,存在相邻深度边缘细节模糊、明显的对象缺失问题。提出一种基于场景对象注意机制与加权深度图融合的单目深度估计算法。通过特征矩阵相乘的方式计算特征图任意两个位置之间的相似特征向量,以快速捕获长距离依赖关系,增强用于估计相似深度区域的上下文信息,从而解决自然场景中对象深度信息不完整的问题。基于多尺度特征图融合的优点,设计加权深度图融合模块,为具有不同深度信息的多视觉粒度的深度图赋予不同的权值并进行融合,融合后的深度图包含深度信息和丰富的场景对象信息,有效地解决细节模糊问题。在KITTI数据集上的实验结果表明,该算法对目标图像预估时σ<1.25的准确率为0.879,绝对相对误差、平方相对误差和对数均方根误差分别为0.110、0.765和0.185,预测得到的深度图具有更加完整的场景对象轮廓和精确的深度信息。     

基于CNN特征提取和加权深度迁移的单目图像深度估计

单目图像的深度估计可以从相似图像及其对应的深度信息中获得。然而,图像匹 配歧义和估计深度的不均匀性问题制约了这类算法的性能。为此,提出了一种基于卷积神经网 络(CNN)特征提取和加权深度迁移的单目图像深度估计算法。首先提取 CNN 特征计算输入图像 在数据集中的近邻图像;然后获得各候选近邻图像和输入图像间的像素级稠密空间形变函数; 再将形变函数迁移至候选深度图像集,同时引入基于 SIFT 的迁移权重 SSW,并通过对加权迁 移后的候选深度图进行优化获得最终的深度信息。实验结果表明,该方法显著降低了估计深度 图的平均误差,改善了深度估计的质量。     

基于循环卷积神经网络的单目视觉里程计

提出了一种基于卷积长短期记忆(LSTM)网络和卷积神经网络(CNN)的单目视觉里程计方法,命名为LSTMVO(LSTM visual odometry).LSTMVO采用无监督的端到端深度学习框架,对单目相机的6-DoF位姿以及场景深度进行同步估计.整个网络框架包含位姿估计网络以及深度估计网络,其中位姿估计网络是以端到端方式实现单目位姿估计的深度循环卷积神经网络(RCNN),由基于卷积神经网络的特征提取和基于循环神经网络(RNN)的时序建模组成,深度估计网络主要基于编码器和解码器架构生成稠密的深度图.同时本文还提出了一种新的损失函数进行网络训练,该损失函数由图像序列之间的时序损失、深度平滑度损失和前后一致性损失组成.基于KITTI数据集的实验结果表明,通过在原始单目RGB图像上进行训练,LSTMVO在位姿估计精度以及深度估计精度方面优于现有的主流单目视觉里程计方法,验证了本文提出的深度学习框架的有效性.     

基于深度学习的单目深度估计方法综述

深度估计是一种从单张或者多张图像预测场景深度信息的技术,是计算机视觉领域非常热门的研究方向,在三维重建、场景理解、环境感知等任务中起到了关键作用.当前深度估计技术可以分为多目深度估计和单目深度估计.因为单目摄像头具有成本低、设备较普及、图像获取方便等优点,与多目深度估计技术相比,从单目图像估计深度信息是当前更为热门和更具挑战的技术.近年来,随着深度学习的迅速发展,基于深度学习的单目深度估计方法被广泛研究.本文对基于深度估计的单目深度估计方法进行综述,首先给出单目深度估计问题的定义、介绍常用于训练的数据集与模型评价指标,然后根据不同的训练方式对国内外相关技术进行分析总结,将现有方法分为基于监督学习、无监督学习和半监督学习三大类,对每种类型方法的产生思路、优缺点进行详细分析,最后梳理、总结该技术的发展趋势与关键技术.     

基于多尺度特征及Wasserstein距离损失的单目图像深度估计

单目图像深度估计是一个病态问题，究其原因在于单一图像中缺乏深度信息。随着深度学习技术的不断发展，深度神经网络在单目图像深度估计领域取得了一定的突破。现有的深度网络模型采用编码-解码结构，编码器往往采用全卷积的方式来获取特征图像，但提取的特征图像往往不能很好地反映图像原有的信息。因此，通过对图像编码器进行改进，对提取的不同尺度下的特征进行融合，使得特征图像能更好地反映原有的图像信息。并且在训练时，在左右一致性损失的基础上引入Wasserstein距离损失对模型进行约束。实验结果表明，模型在KITTI数据集上具有较好的表现，预测得到的深度图像具有较高的准确性。     

基于马尔可夫随机场的单目图像深度估计

图像深度获取是机器视觉领域活跃的研究课题。将图像深度估计问题归结为模式识别问题,以单目图像深度为待分连续模式类,在多尺度下对图像块提取绝对和相对深度特征,选择表征上下文关系的MRF（Markov Random Field）-MAP（Maximum a posteriori）方法,建立拉普拉斯模型,表述某图像块的深度和其邻域深度之间的关系。实验得到了某一类单目图像对应的深度图像,证明了该算法的有效性。     

基于深度学习的单目深度估计技术综述

场景的深度估计问题是计算机视觉领域中的经典问题之一,也是3维重建和图像合成等应用中的一个重要环节。基于深度学习的单目深度估计技术高速发展,各种网络结构相继提出。本文对基于深度学习的单目深度估计技术最新进展进行了综述,回顾了基于监督学习和基于无监督学习方法的发展历程。重点关注单目深度估计的优化思路及其在深度学习网络结构中的表现,将监督学习方法分为多尺度特征融合的方法、结合条件随机场(conditional random field,CRF)的方法、基于序数关系的方法、结合多元图像信息的方法和其他方法等5类;将无监督学习方法分为基于立体视觉的方法、基于运动恢复结构(structure from motion,SfM)的方法、结合对抗性网络的方法、基于序数关系的方法和结合不确定性的方法等5类。此外,还介绍了单目深度估计任务中常用的数据集和评价指标,并对目前基于深度学习的单目深度估计技术在精确度、泛化性、应用场景和无监督网络中不确定性研究等方面的现状和面临的挑战进行了讨论,为相关领域的研究人员提供一个比较全面的参考。     

基于迁移学习的移动机器人单帧图像坡度检测算法

针对未知环境下移动机器人平稳上坡控制对坡度感知精度的要求,本文提出了一种基于迁移学习的移动机器人单帧图像坡度检测算法.利用室内图像标准数据集训练深度卷积神经场-全连接超像素池化网络(deep convolutional neural field-fully connected superpixel pooling ne...     

基于多尺度特征融合的红外单目测距算法

由于MonoDepth2的提出,无监督单目测距在可见光领域取得了重大发展;然而在某些场景例如夜间以及一些低能见度的环境,可见光并不适用,而红外热成像可以在夜间和低能见度条件下获得清晰的目标图像,因此对于红外图像的深度估计显得尤为必要.由于可见光和红外图像的特性不同,直接将现有可见光单目深度估计算法迁移到红外图像是不合理...     

基于深度信息与尺度空间的仿射不变特征检测*

介绍了一种利用深度信息的仿射区域检测器。这种方法在视角变换的情况下能自动检测出图景中同一物理区域,为后续的识别算法提供了坚实的特征检测基础,在计算机视觉领域有广阔的应用前景。该方法是基于尺度空间理论,这个理论已经在自动尺度选择中有较成熟的应用。提出了利用深度信息估计出3D物体模型的算法,并生成相应的仿射不变的高斯尺度空间,并给出从3D到2D的投射变换的高精度估计方法,以补偿投射变换造成的扭曲形变。因此对特征检测的可靠性将有明显的提高。为了评估本算法的鲁棒性,进行了不同视角的真实图片与合成图片的实验,并与其     

基于非参数化采样的单幅图像深度估计

针对传统单幅图像深度估计线索不足及深度估计精度不准的问题,提出一种基于非参数化采样的单幅图像深度估计方法。该方法利用非参数化的学习手段,将现有RGBD数据集中的深度信息迁移到输入图像中去。首先计算输入图像和现有RGBD数据集多尺度的高层次图像特征;然后,在现有RGBD数据集中,基于高层次的图像特征通过kNN最近邻搜索找到若干与输入图像特征最匹配的候选图像,并将这些候选图像对通过SIFT流形变到输入图像进行对齐。最后,对候选深度图进行插值和平滑等优化操作便可以得到最后的深度图。实验结果表明,与现有算法相比,该方法估计得到的深度图精度更高,对输入图像的整体结构保持得更好。     

一种鲁棒的基于两个特征点的深度估计方法

This paper presents a novel depth estimation method based on feature points. Two points are selected arbitrarily from an object and their distance in the space is assumed to be known.The proposed technique can estimate simultaneously their depths according to two images taken before and after a camera moves and the motion parameters of the camera may be unknown. In addition, this paper analyzes the ways to enhance the precision of the estimated depths and presents a feature point image coordinates search algorithm to increase the robustness of the proposed method.The search algorithm can find automatically more accurate image coordinates of the feature points based on their detected image coordinates. Experimental results demonstrate the efficiency of the presented method.     

基于深度残差生成对抗网络的本征图像分解算法

针对现有方法分解质量不佳、特征信息不够清晰的问题,提出一种基于深度残差生成对抗网络的本征图像分解算法,用于将单个图像本征分解为反照率和阴影分量.该算法是基于一个全卷积神经网络.通过引入残差块的单个端到端深序列以及两个经过对抗训练的判别器形成了对图像敏感的感知动机度量网络,在不需要任何物理先验和几何信息前提下,实现了单幅...     

Bayesian Defogging

Atmospheric conditions induced by suspended particles, such as fog and haze, severely alter the scene appearance. Restoring the true scene appearance from a single observation made in such bad weather conditions remains a challenging task due to the inherent ambiguity that arises in the image formation process. In this paper, we introduce a novel Bayesian probabilistic method that jointly estimates the scene albedo and depth from a single foggy image by fully leveraging their latent statistical structures. Our key idea is to model the image with a factorial Markov random field in which the scene albedo and depth are two statistically independent latent layers and to jointly estimate them. We show that we may exploit natural image and depth statistics as priors on these hidden layers and estimate the scene albedo and depth with a canonical expectation maximization algorithm with alternating minimization. We experimentally evaluate the effectiveness of our method on a number of synthetic and real foggy images. The results demonstrate that the method achieves accurate factorization even on challenging scenes for past methods that only constrain and estimate one of the latent variables.     

基于RGB-D融合特征的图像分类

当前经典的图像分类算法大多是基于RGB图像或灰度图像,并没有很好地利用物体或场景的深度信息,针对这个问题,提出了一种基于RGB-D融合特征的图像分类方法。首先,分别提取RGB图像dense SIFT局部特征与深度图Gist全局特征,然后将得到的两种图像特征进行特征融合;其次,使用改进K-means算法对融合特征建立视觉词典,克服了传统K-means算法过度依赖初始点选择的问题,并在图像表示阶段引入LLC稀疏编码对融合特征与其对应的视觉词典进行稀疏编码;最后,利用线性SVM进行图像分类。实验结果表明,所提出的算法能有效地提高图像分类的精度。