经典文献阅读之--RepViT-SAM(利用语义分割提高NDT地图压缩和描述能力的框架)

0. 简介

Segment Anything Model (SAM) 最近在各种计算机视觉任务上展现了令人瞩目的零样本迁移性能 。然而，其高昂的计算成本对于实际应用仍然具有挑战性。MobileSAM 提出通过使用蒸馏替换 SAM 中的重图像编码器，使用 TinyViT，从而显著降低了计算需求。然而，由于自注意力机制导致的内存和计算开销，其部署在资源受限的移动设备上仍面临挑战。

最近，RepViT 通过将 ViTs 的高效架构设计集成到 CNN 中，实现了移动设备上的最佳性能与延迟权衡。在这里，为了在移动设备上实现实时分割任何事物，作者遵循 [27] 的方法，用 RepViT 模型替换 SAM 中的重型图像编码器，最终得到了 RepViT-SAM 模型。相关的代码已近在Github上开源了。

1. 方法论

SAM [13]由一个重量级的基于ViT的图像编码器和一个轻量级的基于提示的掩模解码器组成。它庞大的图像编码器占据了大部分推理时间开销。因此，MobileSAM [27]建议将SAM中默认的ViT-H [6]图像编码器替换为轻量级的TinyViT [24]。TinyViT由四个逐渐降低分辨率的阶段组成。TinyViT的初始阶段由利用反向残差块[20]的卷积块组成。为了在模型开始时降低分辨率，采用了步幅为2的两个卷积块。类似地，相邻阶段之间也采用了步幅为2的卷积块进行空间降采样。为了使TinyViT的最终分辨率与原始SAM中ViT-H图像编码器的分辨率保持一致，MobileSAM将TinyViT中最后一个降采样卷积的步幅设置为1。此外，MobileSAM提出了解耦蒸馏策略，以有效训练轻量级图像编码器，其中TinyViT模型直接从原始SAM中的ViT-H蒸馏而来，而无需提示引导的掩模解码器。尽管MobileSAM显著降低了分割任何物体的计算需求，但在移动设备上部署仍然面临着相当大的挑战。如表1所示，由于其巨大的内存占用，MobileSAM无法在iPhone 12上运行。此外，在Macbook上，其处理单张图像的推理时间为494毫秒，表明有很大的改进空间。

最近，RepViT [21]通过重新审视ViT视角下CNN的高效设计，展示了在移动设备上性能和延迟的权衡方面的最新成果。RepViT采用了早期卷积[25]作为起始模块，即两个步幅为2的卷积进行4×降采样。它采用了RepViT块，由结构重参数化的深度卷积[4, 5]和前馈模块组成。相邻阶段之间采用了深度降采样模块，利用步幅为2的深度卷积和逐点卷积进行空间降采样和通道维度调制。此外，在所有阶段中都采用了交叉块方式的squeeze-and-excitation [8]层。RepViT在高分辨率视觉任务的延迟方面显示出了显著优势[21]，这归功于其纯卷积架构。如表1所示，将ViT-H图像编码器替换为RepViT-M2.3模型后，RepViT-SAM在延迟方面与其他模型相比显著减少。在iPhone 12上，RepViT-SAM可以顺利进行模型推理。此外，在Macbook上，RepViT-SAM比MobileSAM快近10倍。

根据[27]，我们通过直接蒸馏图像编码器RepViT-M2.3，即从原始SAM [13]中的ViT-H蒸馏，利用简单的均方误差损失来训练RepViT-SAM。与[27]类似，RepViT中最后一个降采样深度卷积的步幅设置为1，以使输出分辨率与原始SAM [13]中的提示引导掩模解码器兼容。

表1. RepViT-SAM与其他模型在延迟方面的比较。延迟（毫秒）是使用iPhone 12和Macbook M1 Pro上的Core ML工具，以标准分辨率[7] 1024×1024进行测量的。OOM表示内存不足。

表2. 零样本边缘检测的比较结果。粗体表示最佳，下划线表示次佳。

2. 实验

2.1 实施细节

RepViT-SAM在与[27]相同的设置下进行了8个时期的训练。与MobileSAM [27]一样，我们只使用SAM-1B数据集[13]中的1%数据。为了加快训练过程，我们在蒸馏阶段之前预先计算并保存了来自ViT-H图像编码器的图像嵌入，这消除了在蒸馏过程中运行ViT-H的前向过程的需要，就像[27]一样。我们在BSDS500 [1, 17]上评估了RepViT-SAM在零样本边缘检测、使用COCO [14]进行零样本实例分割、在野外基准[29]（SegInW）上进行分割、使用DAVIS 2017 [18]/UVO v1.0 [23]进行零样本视频对象/实例分割、使用DUTS [22]进行零样本显著对象分割，以及使用MVTec-AD [2]进行零样本异常检测的性能，遵循[3, 9, 12, 13, 19]。

2.2 零样本边缘检测

在[13]的基础上，我们利用一个16×16的前景点规则网格作为模型的提示。我们对概率图进行非极大值抑制（NMS）以去除冗余的掩模。此外，我们还对掩模的未阈值概率图应用Sobel滤波器，并进行标准的轻量级后处理，包括边缘NMS，如[13]中所述。如表2所示，我们的RepViT-SAM在所有指标上均优于MobileSAM和ViT-B-SAM。与ViT-H-SAM相比，后者是参数超过615M的最大SAM模型，我们的小型RepViT-SAM在ODS和OIS方面可以获得可比的性能。

2.3 零样本实例分割

我们利用最先进的H-Deformable-DETR [10]与Swin-L [16]作为目标检测器，使用其输出框作为模型的提示，类似于[12, 13]。如表3所示，我们的RepViT-SAM在零样本实例分割任务中显著优于MobileSAM和ViT-B-SAM，分别提高了1.7和1.9个AP。此外，可以观察到，通过解耦蒸馏策略获得的模型，即MobileSAM和RepViT-SAM，在大物体上通常优于通过耦合蒸馏获得的模型，即ViT-B-SAM，但在小物体上表现相对较差。这种现象可能归因于解耦蒸馏策略能够更好地传递宏观视觉特征，但在细粒度特征上表现不佳。

…详情请参照古月居