新型图像抠图方法SEMat：能够在复杂的自然场景中实现更精确的前景对象抠图

近年来，交互式分割模型（如 SAM）在图像分割任务中取得了显著进展。然而，这些模型在应用于交互式抠图任务时面临挑战，尤其是在处理复杂和遮挡场景时。现有的方法通常在合成数据上训练模型，但这些模型难以泛化到真实的复杂场景中。华东理工大学、vivo 和新加坡管理大学的研究人员提出了一种新的方法——SEMat，通过构建一个新的抠图数据集 COCO-Matting 和改进的网络架构及训练目标，解决了上述问题。

• GitHub：https://github.com/XiaRho/SEMat
• Demo：https://huggingface.co/spaces/XiaRho/SEMat

COCO-Matting 数据集

数据集构建：

• 附件融合：从 COCO 数据集中选择现实世界的复杂图像，并将语义分割掩码转换为抠图标签。
• 掩码到抠图：将语义分割掩码转换为抠图标签，生成 alpha 抠图。
• 数据规模：COCO-Matting 包含 38,251 个人类实例级别的 alpha 抠图，涵盖了复杂自然场景中的广泛数据。

数据集特点：

• 多样性：涵盖各种复杂自然场景，包括遮挡、光照变化和纹理复杂的情况。
• 高质量：每个实例级别的 alpha 抠图都经过仔细标注，确保高质量的数据。

SEMat 方法

网络架构：

• 特征对齐变换器（Feature-Aligned Transformer）：学习提取细粒度的边缘和透明度特征，这对于抠图任务至关重要。
• 抠图对齐解码器（Matte-Aligned Decoder）：旨在分割特定于抠图的对象，并将粗略掩码转换为高精度抠图。

训练目标：

• 正则化损失：保留预训练模型的先验知识，防止模型过度拟合。
• trimap 损失：推动从掩码解码器提取的抠图 logits 包含基于 trimap 的语义信息，提高抠图的准确性。

主要功能和特点

1. 精确的边缘和透明度特征提取：SEMat 通过特征对齐变换器提取图像中精细的边缘和透明度特征，这对于抠图任务至关重要。
2. 针对性的对象分割：SEMat 的抠图对齐解码器能够识别和分割出特定于抠图的对象，如烟雾、网状物和丝绸等，这些在传统的图像分割任务中不常见。
3. 无需微调：SEMat 在测试时不需要复杂的微调，这意味着用户可以更快速、更便捷地生成定制视频。

工作原理

1. 特征对齐变换器（Feature-Aligned Transformer）：利用额外的提示（如边界框提示）来引导视觉变换器（如 ViT）关注目标对象，从而提取与抠图任务更对齐的特征。
2. 抠图对齐解码器（Matte-Aligned Decoder）：通过添加特殊的抠图标记和适配器来增强 SAM（Segment Anything Model）的掩码解码器，使其能够更准确地分割出抠图特定的对象。
3. 训练目标：引入正则化损失和 trimap 损失，以保留预训练模型的先验知识，并推动从掩码解码器提取的抠图逻辑包含 trimap 基于的语义信息。

实验结果

在七个不同数据集上的广泛实验表明，SEMat 在交互式自然图像抠图任务中表现出优越的性能，证明了其有效性和鲁棒性。

应用场景

1. 图像编辑：用户可以拍摄一张照片，背景杂乱，希望只保留照片中的人物或物体，而去除或替换背景。SEMat 技术能够智能地分辨出哪些部分是前景对象，哪些是背景，生成一个透明度图（alpha matte），告诉图像编辑软件哪些部分需要保留，哪些可以修改或删除。
2. 视频编辑：在视频编辑中，SEMat 可以用于实时抠图，将演员从一个背景中抠出并放置到另一个背景中，适用于电影制作、广告和直播等领域。
3. AR/VR：在增强现实和虚拟现实应用中，SEMat 可以用于实时抠图，将用户融入虚拟环境中，提供沉浸式体验。

SEMat 通过构建新的 COCO-Matting 数据集和改进的网络架构及训练目标，显著提升了交互式自然图像抠图的性能。其精确的边缘和透明度特征提取、针对性的对象分割和无需微调的特点，使其在图像和视频编辑、AR/VR 等领域具有广泛的应用前景。希望 SEMat 能够成为图像处理和计算机视觉领域的有力工具。