“图像语义分割”自动学习数据不够吃，他们这么做来加快给它填数据

雷锋网 AI科技评论按：当今在AI、自动驾驶等技术越发成熟的时期，如何将一张图像中的物体自动分割归类，也即所谓图像语义分割，显得尤为重要。

当前大多数图像语义分割算法都是基于深度学习的方式，但是深度学习的效果很大程度上是依赖于大量训练数据的。目前的图像分割方法无非两种，一种是通过标注人员手动标注，如Cityscapes（提供无人驾驶环境下图像分割的数据集）中的标注，但这种方法需要花费大量的人力、物力和时间。例如，下面这张包含28个目标事例的图，处理它就需要人工手动点击580次，这真的要点到手疼。

另一种则是将目标分割看作是像素标注的问题（pixel-labeling problem）自动完成分割工作。但是这种方法自身有较大的不精确性，而又无法通过人员干涉来修正，所以很难用来作为地面实况的评测数据。那么在填充评测数据集（例如Cityscapes）时，我们能否做到既可以自动标注以节省成本，在需要的时候又能通过人工修正来保证精度呢？

在《用Polygon-RNN标注目标事例》（Annotating Object Instances with a Polygon-RNN ）这篇论文中，作者给了我们肯定的回答。作者采用了一种不同于像素标注的方法，而是将目标分割看做是一个多边形预测的问题（polygon prediction problem），然后基于深度学习实现“半自动化”目标事例的标注。

这种算法首先需要给定一个边框真值，简单的说就是你用框选中要标注的事例。随后它会基于RNN（Recurrent Neural Network，递归神经网络）算法来预测一个包围目标事例的封闭的多边形轮廓。
这个多边形的预测先是通过CNN（Convolutional Neural Network，卷积神经网络）找到一个起点，然后以顺时针方向每次迭代生成多边形下一个顶点。RNN每一次的迭代输入都包含三个方面：

第一是图片的CNN特征表示（图中绿色方块）；
第二是前两个RNN迭代输出的顶点（图中t-1和t-2的结果）；
第三就是起点，它用来帮助RNN决定何时封闭多边形。

通过连续生成多边形的其他顶点，然后顺序连接所有顶点即形成这个多边形轮廓，整个过程（每一个目标事例）平均只需要250毫秒。这个过程有一个奇妙的特点就是，它的每一次迭代结果都会影响以后的迭代，这就给人工干预留了机会。如果有一个顶点的迭代偏离了目标事例，那么人们就可以通过修正这个顶点来改进目标分割的精度。
那么这种方法的结果怎样呢？在这之前我们先了解一个概念：交并比（IoU，Intersection over Union），也即两个图形的交集面积比上并集面积

显然，在目标分割中，标注图形与目标事例之间的IoU值越大，说明精度越高。我们来看Polygon-RNN自动标记与像素标记方法标记的比较。在假设Cityscapes中人工标注的IoU为100%的情况下，Polygon-RNN自动预测的结果（没有标注人员干预）与通过像素标记方法分割目标的DeepMask和SharpMask（与DeepMask比有更高的分辨率，160 vs 56）比较如下图所示：

这里横轴指标记物体最长边的像素大小，纵轴为交并比（IoU）。显然，在目标事例像素较小的时候，Polygon-RNN方法要比像素标记方法精确度更高，而当目标事例较大时，Polygon-RNN的误差将会变得很大。
与人工标注相比会是怎样的结果呢？几位研究人员一方面雇佣了一个熟练的标注员，让他在随机选出的10张Cityscapes图上标记出所有的小汽车。而另一方面，研究人员通过算法模拟了一个“标注员”，让它修正Polygon-RNN自动生成的多边形。其结果发现使用Polygon-RNN，模拟“标注员”只需要大约9.39次点击，IoU值就可以达到78.4%，这要比人工标记快4.74倍。我们来感受下作者的结果：

几位研究人员同样还采用了KITTI的数据重复了上述的比较，结果毫不例外，Polygon-RNN在自动标注上和其他像素标注方法DeepMask、SharpMask等的精度不相上下，在人工干预的情况下则会明显优于后两者。这说明Polygon-RNN的方法根本不依赖于具体的某一个数据库，完全是一个能普遍使用的即节省成本，又节约时间，精度还完全胜任的半自动化标记工具。
当然，Polygon-RNN目前仍然有一个比较严重的问题，我们前面也说了，那就是对大尺寸目标事例它的误差会急剧增大。解决这一问题需要模型有更高的分辨率，这也就意味着需要更大的内存。能否通过优化模型本身来降低误差，而不增加内存需求呢？让我们拭目以待！

雷锋网(公众号：雷锋网) 注：原文链接 Annotating Object Instances with a Polygon-RNN