Boosting RGB-D Saliency Detection by Leveraging Unlabeled RGB Images

通过利用未标记的RGB图像来增强rgb-d显着性检测

1. 动机

1) 用于监督学习的像素级注释既昂贵又耗时。

2) 与RGB图像相比，成对的rgb-d图像更难以收集。

2. 解决方法

提出 Dual-Semi RGB-D Salient Object Detection Network（DS-Net），利用没有标记的RGB图像来增强 RGB-D 显著性检测。

第一步：设计了一个depth decoupling convolutional neural network (DDCNN)，包含两个分，depth estimation branch and a saliency detection branch.

1. depth estimation branch：由RGB-D 图像训练，然后用于估计所有未标记的RGB图像的伪深度图，以形成配对数据。

2. saliency detection branch：用于融合RGB特征和深度特征以预测rgb-d显著性。

第二步：将第一步中的DDCNN作为骨干网络，用于半监督的教师学生框架。

第三步：介绍了未标记数据的中间注意力和显著图的一致性损失（consistency loss ），以及标记数据的监督深度和显著性损失。

3. 网络框架

用带标记的数据训练深度分支，将得到的模型用于生成未标记的RGB图片的深度图，

3.1DDCNN

包含两个分支，depth estimation branch and a saliency detection branch。给定一对输入的rgb-d图像: 将RGB图像传递到编码器以生成RGB特征，深度图像送到另一个编码器提取深度特征。

在depth estimation branch 中，使用“Conv(3×3) → BN → ReLU → Conv(3×3)”的卷积块将每个RGB特征分解为两个特征：（1）用于估计深度图的深度感知特征，(2)用于预测显著性的深度消除特征。深度感知特征上采样到与相同大小，并应用“Conv(3×3) → Conv(1×1)”的卷积块串联在一起以预测深度图。此外，我们融合和来重建RGB特征，并计算重建损失来正则化解耦过程:

其中，表示“Conv(3×3) → BN → ReLU → Conv(3×3)”的卷积块，Cat(·) 表示特征级联操作，表示均方误差mean square error (MSE) 损失。

在saliency detection branch中，设计了一个深度诱导融合模块（DIM），将深度消除特征和与每个CNN层的两个深度特征（和）融合在一起，生成融合特征。最后迭代合并，采用3×3卷积，1×1卷积和sigmiod 激活函数生成显著图。两个相邻的特征进行相加融合时，低分辨率特征上采样到与高分辨率特征相同大小，高分辨率则是经过ASPP模块（r=1,6,8,12），目的是细化浅层特征，最后将4个分支串联再经过1×1卷积。

3.1.1深度诱导融合模块（DIM）

1. 深度门控模块 (DGM) 来融合来自输入深度图的深度特征和来自深度估计分支的，生成融合特征。2. 采用深度感知模块 (DAM) 融合和，以获得新的特征。此外，拼接和，并应用3×3卷积层和sigmiod 激活函数，目的是学习用于加权深度特征的注意力图，与生成新的特征，最后将，，相加生成DIM的输出特征：

3.1.2 深度感知模块（DAM）

考虑到低质量深度图中的冗余和噪声以及RGB和深度特征之间的内在差异，我们设计了一种有效的融合方法来抑制噪声，并利用了两种模态的特征和的互补信息。受CBAM 的启发设计了DAM，配备了通道注意和空间注意操作。这是通过在上应用通道注意操作以加权的不同通道来实现的，然后在上计算空间注意以重新校准的逐像素显著性信息以获得:

Catt(·) 包括3 × 3卷积和全局平均池化。空间注意Satt(·) 由具有softmax函数的3 × 3卷积组成。表示逐通道乘法，而 “⊗” 表示逐元素乘法。

3.1.3 深度门控模块DGM

丰富了来自不同深度模态的深度表示，方法是考虑用于学习显著性线索的远程像素依赖性。首先，我们首先在上应用一个3 × 3卷积层，将合成特征重塑为中间C × HW特征图，在上应用另一个3 × 3卷积层，将合成特征重塑为另一个中间HW × C特征图，然后将两个中间特征相乘，生成大小为HW × HW的非局部相似性矩阵。此外，我们在上应用3 × 3卷积层，并将所得特征重塑为中间的HW × C特征图，然后将其与非局部相似性矩阵相乘。之后，我们将由乘法产生的特征HW ×C重塑为大小为H × W × C的特征图，该特征图经过3 × 3卷积以获得DGM的特征。

2022_TIP_DSNet