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

news2024/12/27 16:05:09

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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：

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。
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。
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。
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。
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。
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 Booster、Middlebury、SunRGBD、ETH3D、nuScenes 和 Sintel 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 Anything 和 Metric3D，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。