计算机视觉是人工智能的基石之一，也是应用最广泛的AI技术，从日常手机解锁使用的人脸识别，再到火热的产业前沿自动驾驶，视觉AI都大显身手。作为一名视觉AI从业者，我认为视觉AI的潜能远未得到充分发挥，穷尽我们这些研究者的力量，也只能覆盖少数行业和场景，远未能满足全社会的需求。
因此，在AI模型社区魔搭ModelScope上，我们决定全面开源达摩院研发的视觉AI模型，首批达101个，其中多数为SOTA或经过实践检验。我们希望让更多开发者来使用视觉AI，更希望AI能成为社会前进的动力之一。
一、概要：以人为中心的视觉AI
这些年来，达摩院作为阿里巴巴的基础科研机构和人才高地，在阿里海量业务场景中研发出一批优秀的视觉AI能力，分布在各个环节：
这些视觉AI技术，几乎覆盖了从理解到生成等各方面。因视觉技术任务众多，我们需要有一个相对合理的分类方法，可以从模态、对象、功能、场景等几个维度来分：
魔搭社区首批开放了主要的视觉任务模型，这些模型即有学术创新的SOTA技术，也有久经考验的实战模型，从”功能/任务“的维度上，涵盖了常见的感知、理解、生产等大类：
虽然视觉技术有点庞杂，但其实有个核心，那就是研究“对象”，“人”一直以来都是最重要的“对象”。“以人为中心“的视觉AI技术，也是研究最早最深、使用最普遍的技术。
我们以一个人的照片作为起点。AI首先需要理解这个照片/图像，如识别这个照片是谁，有什么动作，能否抠出像等。然后，我们还需要进一步探索：照片质量如何，能否画质变得更好，其中的人能否变得更漂亮，甚至变成卡通人、数字人等...
如上的7个“人”相关的流程，基本涵盖了视觉任务中的“理解”、“增强”、“编辑”等大类，我们以魔搭社区已开放的相关模型为实例，来分享以人为中心的视觉技术的特点、优点、示例以及应用。
二、感知理解类模型
1. 从照片抠出人像
模型名：BSHM人像抠图
体验链接：https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_unet_image-matting/
从照片抠出人像，去掉背景，是一个非常普遍的需求，也是“PS”的基本操作之一，但传统人工操作费时费力、且效果不佳。魔搭提供的人像抠图模型，是一个全自动、端到端的人像抠图模型，能够实现发丝级别的精细分割。
技术上我们也进行了创新，不同于其他模型基于大量精细标注数据训练的方法，我们的模型使用粗标注数据就能实现精细抠图，对数据要求低、精度高。
具体来说，模型框架分为三部分：粗mask估计网络（MPN）、质量统一化网络（QUN）、以及精确alpha matte估计网络（MRN）。我们首先将复杂问题拆解，先粗分割（MPN）再精细化分割（MRN）。学术界有大量易获取的粗分割数据，但是粗分割数据和精分割数据不一致导致预期GAP很大，故而我们又设计了质量统一化网络（QUN）。MPN的用途是估计粗语义信息（粗mask），使用粗标注数据和精标注数据一起训练。QUN是质量统一化网络，用以规范粗mask质量，QUN可以统一MPN输出的粗mask质量。MRN网络输入原图和经过QUN规范化后的粗mask，估计精确的alpha matte，使用精确标注数据训练。
当然，抠图分割相关的需求非常多样化，我们也上线了一系列模型，支持非人像抠图以及视频抠图等。开发者可以直接拿来即用，如进行辅助设计师抠图，一键抠图，大幅提升设计效率，或者自由换背景，可实现会议虚拟背景、证件照、穿越等效果。这些也在阿里自有产品（如钉钉视频会议）及云上客户广泛使用。
2. 检测并识别是谁
模型名：MogFace人脸检测
体验链接：https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_resnet101_face-detection_cvpr22papermogface/
人脸检测和识别是一个AI经典任务，也是应用最广泛的视觉技术之一；从另一方面看，其对效果和性价比要求非常苛刻。我们自研的MogFace为当前SOTA的人脸检测方法，已在Wider Face六项榜单上霸榜一年半以上，具体技术论文发表于CVPR2022，主要贡献是从label assignment, scale-level data augmentation and reduce false alarms 三个角度提升人脸检测器。
技术上的特点有：
-
Scale-level Data Augmentation (SSE)：SSE是第一个从maximize pyramid layer 表征的角度来控制数据集中gt的尺度分布，而不是intuitive的假想检测器的学习能力，因此在不同场景下都很鲁棒；
-
Adaptive Online Anchor Mining Strategy(Ali-AMS)：减少对超参的依赖， 简单且有效的adpative label assign 方法；
-
Hierarchical Context-aware Module (HCAM)： 减少误检是real world人脸检测器面对的最大挑战，HCAM是最近几年第一次在算法侧给出solid solution。
人脸检测作为人脸相关的基础能力，可应用于人脸相册/人脸编辑/人脸比对等场景。由于人脸相关的模型使用非常广泛，我们也有系列模型的迭代计划，包括MogFace中所介绍的技术点除了HCAM均无需引入额外的计算量，后续准备打造sota的family-based 人脸检测模型；以及真实世界的人脸检测器除了面对减少误检的问题，还面对如何增加人脸检出率的问题，以及他们之间如何平衡的问题，我们正在进一步探索。
3. 人体关键点及动作识别
模型名字： HRNet人体关键点-2D
体验链接：https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_hrnetv2w32_body-2d-keypoints_image/
该任务采用自顶向下的人体关键点检测框架，通过端对端的快速推理可以得到图像中的15点人体关键点。其中人体关键点模型基于HRNet改进的backbone，充分利用多分辨率的特征融，良好支持日常人体姿态，在COCO数据集的AP和AR50上取得更高精度，同时我们也针对体育健身场景做了优化，尤其是在瑜伽、健身等场景下多遮挡、非常见、多卧姿等姿态上具有SOTA的检测精度。
为了更好的适用于各种场景，我们持续进行优化：
-
针对通用场景的大模型在指标上达到SOTA性能；
-
针对移动端部署的小模型，内存占用小，运行快、性能稳定，在千元机上达到25～30FPS；
-
针对瑜伽、跳绳技术、仰卧起坐、俯卧撑、高抬腿等体育健身计数和打分场景下多遮挡、非常见、多卧姿姿态等情况做了深度优化，提升算法精度和准确度。
本模型已经广泛应用于AI体育健身、体育测试场景，如阿里体育乐动力，钉钉运动，健身镜等，也可应用于3D关键点检测和3D人体重建等场景。
4. 小结
上述三个“人”相关的模型，都属于感知理解这个大类。先认识世界，再改造世界，感知理解类视觉技术是最基础、也是应用最广泛的模型大类，也可以分为识别、检测和分割三小类：
-
识别/分类是视觉（包括图像、视频等）技术中最基础也是最经典的任务，也是生物通过眼睛了解世界最基本的能力。简单来说，判定一组图像数据中是否包含某个特定的物体，图像特征或运动状态，知道图像视频中描述的对象和内容是什么。此外，还需要了解一些更细维度的信息，或者非实体对象的一些描述标签。
-
目标检测的任务是找出视觉内容中感兴趣的目标（物体），确定它们的位置和大小，也是机器视觉领域的核心问题之一。一般来说，也会同时对定位到的目标进行分类识别。
-
分割是视觉任务中又一个核心任务，相对于识别检测，它又更进一步，解决“每一个像素属于哪个目标物或场景”的问题。是把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标的技术和过程。
魔搭社区上面开放了丰富的感知理解类模型，供AI开发者试用使用：
5. 彩蛋：DAMO-YOLO首次放出
模型名字：DAMOYOLO-高性能通用检测模型-S
体验链接：https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_tinynas_object-detection_damoyolo/summary
通用目标检测是计算机视觉的基本问题之一，具有非常广泛的应用。DAMO-YOLO是阿里新推出来的目标检测框架，兼顾模型速度与精度，其效果超越了目前的一众YOLO系列方法，且推理速度更快。DAMO-YOLO还提供高效的训练策略和便捷易用的部署工具，能帮助开发者快速解决工业落地中的实际问题。
DAMO-YOLO引入TinyNAS技术，使得用户可以根据硬件算力进行低成本的检测模型定制，提高硬件利用效率并且获得更高精度。另外，DAMO-YOLO还对检测模型中的neck、head结构设计，以及训练时的标签分配、数据增广等关键因素进行了优化。由于做了一系列优化，DAMO-YOLO在严格限制Latency的情况下精度取得了显著的提升，成为YOLO框架中的新SOTA。
三、底层视觉模型
1. 照片去噪去模糊
模型名字：NAFNet图像去噪
体验地址：https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_nafnet_image-denoise_sidd/
因拍摄环境、设备、操作等原因，图像质量不佳的情况时而存在，怎么对这些图像的噪声去除、模糊还原？该模型在图像恢复领域具有良好的泛化性，无论是图像去噪还是图像去模糊任务，都达到了目前的SOTA。由于技术创新，该模型使用了简单的乘法操作替换了激活函数，在不影响性能的情况下提升了处理速度。
该模型全名叫NAFNet去噪模型，即非线性无激活网络（Nonlinear Activation Free Network），证明了常见的非线性激活函数（Sigmoid、ReLU、GELU、Softmax等）不是必须的，它们是可以被移除或者是被乘法算法代替的。该模型是对CNN结构设计的重要创新。
本模型可以做为很多应用的前置步骤，如智能手机图像去噪、图像去运动模糊等。
2. 照片修复及增强
模型名字：GPEN人像增强模型
体验地址：https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_gpen_image-portrait-enhancement/
除照片去噪以外，对照片的质量（包括分辨、细节纹理、色彩等）会有更高的处理要求，我们也开放了专门的人像增强模型，对输入图像中的每一个检测到的人像做修复和增强，并对图像中的非人像区域采用RealESRNet做两倍的超分辨率，最终返回修复后的完整图像。该模型能够鲁棒地处理绝大多数复杂的真实降质，修复严重损伤的人像。
从效果上看，GPEN人像增强模型将预训练好的StyleGAN2网络作为decoder嵌入到完整模型中，并通过finetune的方式最终实现修复功能，在多项指标上达到行业领先的效果。后续我们将增加1024、2048等支持处理大分辨人脸的预训练模型，并在模型效果上持续更新迭代。
从应用的视角，本模型可以修复家庭老照片或者明星的老照片，修复手机夜景拍摄的低质照片，修复老视频中的人像等。
3. 小结
底层视觉，关注的是画质问题。只要是生物（含人），都会对因光影而产生的细节、形状、颜色、流畅性等有感应，人对高画质的追求更是天然的，但由于各种现实条件，画质往往不理想，这时候视觉AI就能派上用场。
从任务分类上，可以分为：清晰度（分辨率/细节、噪声/划痕、帧率）、色彩（亮度、色偏等）、修瑕（肤质优化、去水印字幕）等，如下表：
四、编辑生成类模型
1. 变得更漂亮
模型名字：ABPN人像美肤
体验链接：https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_unet_skin-retouching/
人们对照片人像的美观度是一个刚性需求，包括斑点、颜色、瑕疵等，甚至高矮胖瘦。本次我们开放了专业级别的人像美肤、液化等模型供大家使用。
本模型提出了一个新颖的自适应混合模块ABM，其利用自适应混合图层实现了图像的局部精准修饰。此外，我们在ABM的基础上进一步构建了一个混合图层金字塔，实现了超高清图像的快速修饰。相比于现有的图像修饰方法，ABPN在修饰精度、速度上均有较大提升。ABPN人像美肤模型为ABPN模型在人像美肤任务中的具体应用。
如下示例：
更进一步，我们还可以在服饰上做一些有意思的尝试，如去皱：
甚至瘦身美型：
https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_flow-based-body-reshaping_damo/
从效果上来说，有如下几点特色：
-
局部修饰。只对目标区域进行编辑，保持非目标区域不动。
-
精准修饰。充分考虑目标本身的纹理特征和全局上下文信息，以实现精准修饰，去除瑕疵的同时保留皮肤本身的质感。
-
超高分辨率的处理能力。模型的混合图层金字塔设计，使其可以处理超高分辨率图像（4K~6K）。
本模型有很强的实用性，比如可应用于专业修图领域，如影楼、广告等，提高生产力，也可以应用于直播互娱场景，提升人像皮肤质感。
2. 变成卡通人
模型名：DCT-Net人像卡通化模型
体验链接：https://www.modelscope.cn/models/damo/cv_unet_person-image-cartoon_compound-models/
人像卡通化是一个具有很好互动性的玩法，同时又有多种风格可选。魔搭开放的人像卡通化模型基于全新的域校准图像翻译网络DCT-Net（Domain-Calibrated Translation）实现，采用了“先全局特征校准，再局部纹理转换”的核心思想，利用百张小样本风格数据，即可训练得到轻量稳定的风格转换器，实现高保真、强鲁棒、易拓展的高质量人像风格转换效果。
如下示例：
从效果上来看：
-
DCT-Net具备内容匹配的高保真能力，能有效保留原图内容中的人物ID、配饰、身体部件、背景等细节特征；
-
DCT-Net具备面向复杂场景的强鲁棒能力，能轻松处理面部遮挡、稀有姿态等；
-
DCT-Net在处理维度上和风格适配度上具有易拓展性，利用头部数据即可拓展至全身像/全图的精细化风格转换，同时模型具有通用普适性，适配于日漫风、3D、手绘等多种风格转换。
后续我们也会对卡通化进行系列化的开放，除图像转换外，后续将包含图像、视频、3D卡通化等系列效果，先放一些效果大家看看：
3. 小结
这类模型对图像内容进行修改，包括对源图内容进行编辑加工（增加内容、删除内容、改换内容等），或者直接生成一个新的视觉内容，转换一个风格，得到一张新的图像（基于源图像且与源图不同），都属于编辑生成这个大类，可以理解成，从A图得到B图的过程。
五、行业场景类模型
如最开始所说，视觉AI技术的价值体现，在广泛的各类场景中都存在，除了上述“人”相关的视觉AI技术，我们也开放了来自互联网、工业、互娱、传媒、安全、医疗等多个实战型的模型，这些模型可以拿来即用，也可以基于tune训练或自学习工具进一步加工完善，用于开发者、客户特定的场景，这里举一个例子：
模型名：烟火检测（正在集成中）
模型功能：可做室外、室内的火焰检测以及烟雾检测，森林、城市道路、园区，卧室、办公区域、厨房、吸烟场所等，算法打磨近2年，并在多个客户场景实际应用，整体效果相对稳定。
从技术视角来说，本模型提出Correlation block提升多帧检测精度，其设计数据增强方法提高识别灵敏度同时有效控制误报。从应用上来说，模型可应用于室内、室外多种场景，只需要手机拍摄、监控摄像头等简单设备就可以实现模型功能。
六、结语：视觉AI的开放未来
通过上述分析，我们可以发现，视觉AI的应用潜能极为广泛，社会需求极为多样，但现实情况却是：视觉AI的供给能力非常有限。
达摩院在魔搭ModelScope之前，就率先开放了API形态的视觉AI服务，通过公共云平台对AI开发者提供一站式视觉在线服务平台，即视觉智能开放平台（vision.aliyun.com），其中开放了超200个API，涵盖了基础视觉、行业视觉等方面，也包括上面所说的“以人为中心”的视觉技术。
从开放视觉平台到魔搭社区，这意味着达摩院视觉AI的开放迈出了更大的一步。从OpenAPI拓展到OpenSDK、OpenSOTA，从公共云到端云协同，从平台到社区，我们希望去满足千行百业对视觉AI的需求，希望促进视觉AI的生态发展。
依托于魔搭，我们会持续努力，不断丰富模型品类，提升模型效果，优化用户体验，共同建设社区，让天下没有难用的视觉AI。
魔搭社区地址：modelscope.cn
