TransPose: Towards Explainable Human Pose Estimation by Transformer
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第6回全日本コンピュータビジョン勉強会（Transformer読み会）での論文紹介発表資料です．
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TransPose: Towards Explainable Human Pose Estimation by Transformer
- 1. TransPose: Towards Explainable Human Pose Estimation by Transformer 第6回 全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer 読み会 2021/04/18 @yasutomo57jp https://yasutomo57jp.github.io
- 2. 自己紹介 • 名前：川西康友 • 所属：理化学研究所 ガーディアンロボットプロジェクト 感覚データ認識研究チーム • 職場：ATR（けいはんな学研都市） 心を感じられるロボット実現のため， ロボットによる周囲環境の認識 人の意図や行動の認識 に関する研究を行っています 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 2 ここ 研究員や博士課程の学生など 一緒に研究してくれる人を 絶賛募集しています！
- 3. TransPose: Towards Explainable Human Pose Estimation by Transformer 第6回 全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer 読み会 2021/04/18 @yasutomo57jp https://yasutomo57jp.github.io
- 4. 概要 • Transformerを使った姿勢推定器の提案 • 人体構造の推定問題へのTransformerの初応用 • ヒートマップの可視化による説明性 • 73%少ないパラメータで1.4倍高速 • 書誌情報 • 著者：Sen Yang et al. （東南大学） • arXiv: https://arxiv.org/abs/2012.14214 • Github: https://github.com/yangsenius/TransPose • Pytorch hub形式でもモデル配布 • タイトルのノリだけで選びました 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 4
- 5. 研究の背景 • 画像からの人物姿勢推定 • CNNによる人物姿勢推定が主流 • CNNによる人物姿勢推定の辛いところ • 各層が何をしているのか良くわからない • 特徴マップのActivationを見ても，空間中の相互関係はわからない • 畳み込み層のパラメータ（固定）では表現に限界がある • 画像認識や物体検出のような可視化手法が確立されていない • この研究 • 説明性のあるモデル • 画像内の関連を可視化 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 5
- 6. 関連研究 • 説明性 • CNNのクラス分類器の分類を説明したり可視化したりするもの • Network Dissection, Feature Visualization, Excitation Backprop, LRP, CAM, Grad-CAM • 姿勢推定での事例は少ない • 姿勢推定 • CNNベースの姿勢推定器 • CPM, Stacked Hourglass Network, FPN, CPN, Simple Baseline, HRNet, RSN • 基本は，バックボーンで特徴をとって， 畳み込み層を重ねて特徴点ヒートマップを推定する • Transformer • もうご存知ですよね 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 6
- 7. 提案手法 • 姿勢推定問題にTransformerのEncoderを導入 • Self Attentionを可視化することで，画素間の関係を確認 • Positional Encoderに工夫 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 7 実際のモデルを見ると，この接続もありそう 特に言及されていないけどTop-down姿勢推定器です ※図は論文より引用
- 8. 補足：姿勢推定 • Top-down 姿勢推定器 • 人物検出をしたうえで，人物の矩形内で各関節位置を推定する手法 • Stacked Hourglass Network, CPN, SimpleBaselineなど • 人物サイズが正規化されるため，大きさの変化に比較的頑健 • Bottom-up 姿勢推定器 • 人物を区別せずに関節候補点を求め，人物ごとにまとめる手法 • OpenPose, PersonLab , PifPafなど • 人数が増えても速度低下しにくい 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 8
- 9. CNNではなくTransformerを使うことのメリット • 周囲（特に遠く）の情報をふまえた推定が容易 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 9 CNNは何段も必要 Transformerだと1発！！ ※図は論文より引用
- 10. この論文でのTransformerの使い方 • Dチャネルの特徴マップの各画素をD次元ベクトルの単語とみなす 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 10 バックボーン 特徴マップ 入力画像 分割 Transformer Encoder W H D D次元ベクトルが WxH個 256x192 浅い CNN 入力の1/4∼1/8のサイズ
- 11. 2次元のPositional Encoding • 空間構造を学習するために特徴量に位置情報を埋め込む • もとのTransformerでは文中の単語の位置に応じてsinやcosの値を足す • 2D Sine position embedding • 位置情報はx, y 軸で独立だと仮定し，独立に埋め込み • Learnable position embedding • どの位置にどんな値を埋め込むかを学習によって決定する • (WxH)xDの行列の各要素の値を学習 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 12 + + 学習
- 12. Attentionとヒートマップの可視化 • Attention：QueryとKeyの積 • 特徴マップの画素数x画素数の行列 • Attentionの可視化 • Aのi行目を可視化 • その点の位置が，他の場所からどれだけ影響を受けているか • Aのj行目を可視化 • その点の位置が，他の場所にどれだけ影響を与えているか 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 13 Q K d A i番目からj番目への 影響度的なもの WH WH WH 画像化 画像化 A WH WH V d d * Softmaxとか色々省略してます 出力 WH それぞれ行列を掛けて， Q, K, Vを作っておく
- 13. 実験 • MS COCO Datasetを利用 • Train2017 150k人を含む57k枚の画像 • Val2017 5k枚の画像 • Test2017 20k枚の画像 • 評価指標： • Average Precision (AP) • OKSに対する閾値を0.50∼0.95まで10段階変化させたときの正解率 • Object Keypoint Similarity (OKS) • 関節点の類似度を表す指標 • 完全に一致していれば1になる 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 14
- 14. Position Embeddingの評価 • 学習するものより，2DのSine関数の方がAPが良かった 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 15 （何かおかしいような…パラメータ数は増えないはず🤔） ※表は論文より引用
- 15. 他の手法との姿勢推定結果比較 • 高いAPを保ったまま，パラメータ数・計算量の削減を実現 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 16 精度をキープ モデルサイズを削減 ※表は論文より引用
- 16. ヒートマップの可視化 • 各関節（星印の点）がどこから強く影響を受けているかを可視化 • 動きにくい点や反対側の点からの影響が強い傾向がある？ 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 17 ※図は論文より引用
- 17. まとめ • Transformerを使った姿勢推定器の提案 • 人体構造の推定問題へのTransformerの初応用 • ヒートマップの可視化による説明性 • 73%少ないパラメータで1.4倍高速 • Transformerを使うことで • 畳込みでは捉えられない離れた位置の関係を獲得 • 説明性は… • 画素間の関係を捉えているだけでイマイチでは？ 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 19 研究員や博士課程の学生など 一緒に研究してくれる人を 絶賛募集しています！ 問い合わせは @yasutomo57jp 宛でも可 ロボットによる 環境認識や 人に関する認識 研究をしたい方
- 18. 関連する論文 • TokenPose: Learning Keypoint Tokens for Human Pose Estimation • 同じ著者が属するグループからのarXiv論文 (2021/04/09) • Transformerに，Visual tokenだけでなく，Keypoint tokenを追加 • どの画素がどの関節点に効いているのかを可視化 2021/4/18 第6回全日本コンピュータビジョン勉強会 Transformer読み会 20 この部分が追加されている ※図は論文より引用