深度学习论文: Depth Anything V2
Depth Anything V2
PDF: https://arxiv.org/pdf/2406.09414v1
代码:https://depth-anything-v2.github.io/
PyTorch代码: https://github.com/shanglianlm0525/CvPytorch
PyTorch代码: https://github.com/shanglianlm0525/PyTorch-Networks

1 概述

Depth Anything V2通过三项关键实践实现了更精细、更稳健的单目深度估计：首先，采用合成图像替代真实标记图像，以克服标签噪声和细节缺失；其次，扩大教师模型的容量，提升性能；最后，利用大规模伪标签真实图像训练学生模型。与基于Stable Diffusion的模型相比，V2在效率和准确性上均大幅提升，速度快10倍以上。此外，V2提供了多种规模的模型，并支持一个多功能评估基准，以促进未来研究。

2 Depth Anything V2

训练 Depth Anything V2 的流程。它包括三个步骤：

• 基于 DINOv2-G，仅在高质量的合成图像上训练一个可靠的教师模型。
• 在大规模未标记的真实图像上生成精确的伪深度标签。
• 在伪标记的真实图像上训练最终的学生模型，以实现鲁棒的泛化

Depth Anything V2使用五个精确合成的数据集（包含595K张图片）和八个大规模伪标签真实数据集（包含62M张图片）

在训练过程中，忽略每个伪标签样本中损失最大的10%区域，视为潜在噪声。提出的模型生成仿射不变逆深度，并采用两个已知的损失项（Lssi和Lgm）对标记图像进行优化。特别地，本文发现Lgm在使用合成图像时对提高深度锐度非常有益。此外，在伪标签图像上增加了特征对齐损失来保留语义信息。

2-1 Using Synthetic Data

在深度估计中，尽管大规模真实数据集推动了性能提升，但其标签噪声和细节缺失限制了模型的预测能力。研究者们转向合成图像，因其精确的深度标签和详细标注，能够准确捕捉各种细节和复杂表面。合成图像不仅克服了真实图像的局限性，还允许快速扩展数据集，从而提升单目深度估计的性能。

尽管合成数据有特定的优势，但是将合成数据应用到单目深度估计（MDE）中面临两大挑战：

• 分布偏移：合成图像与真实图像在风格和颜色分布上有明显差异，导致模型难以迁移到真实场景。
• 场景覆盖限制：合成图像通常来自有限的预定义场景，无法覆盖真实世界中的多样化场景。

尽管通过联合训练真实与合成图像来改善泛化，但真实图像的粗糙深度图可能影响预测精度。此外，收集足够的合成图像以模拟所有真实场景是不现实的。本文通过整合未标记的真实图像来缓解这一问题。

2-2 Key Role of Large-Scale Unlabeled Real Images

提出的解决方案通过整合未标记的真实图像来增强MDE模型的性能。首先，使用高质量的合成图像训练基于DINOv2-G的MDE模型，并在未标记的真实图像上生成伪深度标签。然后，新模型仅用这些伪标记图像进行训练，从而在以下方面发挥作用：

• 弥合领域差距：利用未标记图像作为中间学习目标，帮助模型更好地适应真实世界数据分布。
• 增强场景覆盖：通过大规模未标记图像扩展模型训练的场景多样性，提高零样本MDE能力。
• 知识迁移：小型模型通过模仿大型模型在未标记图像上的预测结果，实现知识蒸馏，增强模型鲁棒性。

这种方法避免了直接从合成图像到真实图像的迁移难题，同时解决了合成图像在多样性和细节上的局限性。

3 Experiment

3-1 Zero-Shot Relative Depth Estimation

3-2 Fine-tuned to Metric Depth Estimation