【山东大学-丛润民组-AAAI26】通过对齐器和提示器增强DINO表征用于水下实例分割
文章：Empowering DINO Representations for Underwater Instance Segmentation via Aligner and Prompter
代码：https://github.com/ettof/Diveseg
单位：山东大学
一、问题背景：水下场景的AI“识别困境”
水下成像远比陆地复杂：光线被水吸收散射导致颜色失真（多偏蓝绿）、对比度低、能见度有限，再加上鱼群重叠、珊瑚密集等情况，传统技术很难精准分割目标。
此前的解决方案主要有两类短板：
传统卷积神经网络（CNN）：能力有限，面对水下复杂场景时分割精度差，边界模糊；
现有视觉基础模型（如SAM）：虽有强大泛化能力，但需要海量水下标注数据适配，且对水下高目标密度、视觉多变性的适配不足，性能提升有限。
而DINOv2这类先进的自监督视觉模型，虽在自然图像任务中表现出色，但因“领域差异过大”（没见过多少水下场景），直接套用会受背景噪声干扰，甚至漏检目标。如何让DINOv2“读懂”水下世界，成为关键突破口。
二、方法创新：两大核心模块破解适配难题
山东大学团队提出的DiveSeg框架，以DINOv2为基础，通过两个“专属工具”实现精准适配，整体架构简洁高效：
1. AquaStyle Aligner（水下风格对齐器）：解决“颜色失真”问题
水下图片和自然图片的核心差异是颜色风格，这个模块专门负责“校准”这种差异：
先通过傅里叶分解技术，提取水下图片的颜色风格特征（保留频率域的振幅信息，固定平均相位），过滤掉物体本身的干扰，只保留水下独有的色调特性；
再通过跨注意力机制，将提取的风格特征注入DINOv2模型，用少量参数微调就让模型快速适应水下视觉风格，避免颜色失真导致的识别偏差。
2. ObjectPrior Prompter（目标先验提示器）：解决“物体难寻”问题
DINOv2没见过太多水下特有物体（如珊瑚、水母），直接识别难度大。这个模块相当于给AI“划重点”：
先生成一张“黑白掩码图”，用简单的二进制标记（黑色=背景，白色=物体）告诉模型“哪里有物体”；
再将这张掩码图作为“提示信号”，通过跨注意力机制引导DINOv2聚焦目标区域，先学会区分“物体和背景”，再细分手下每个实例，大大降低学习难度。
两个模块协同工作，既让模型适应了水下的“视觉风格”，又帮模型找准了“关注重点”，完美解决了DINOv2的水下适配问题。
三、实验结果：双数据集刷新SOTA，性能全面领先
团队在UIIS和USIS10K两大主流水下实例分割数据集上做了全面测试，结果堪称“碾压级”：
1. 定量指标（核心性能参数）
2. 定性效果（视觉层面）
四、优势与局限
核心优势
性能顶尖：目前在两大数据集上都是最优表现，分割精度和边界准确性远超现有方法；
效率很高：仅用少量参数微调（DINOv2主干冻结），参数量比同类模型少40%以上，运行更高效；
通用性强：适配水下多种场景（海洋勘探、生态监测），支持7类常见水下物体识别。
现存局限
对极深水域、极低能见度的图片适配效果有待验证（现有数据集未覆盖此类极端场景）；
依赖二进制掩码图作为提示，若掩码生成不准确，可能影响最终分割效果；
暂未支持实时视频分割，在水下机器人实时作业场景的应用还需优化。
五、一句话总结
DiveSeg框架首次将DINOv2模型成功应用于水下实例分割，通过风格对齐和目标提示两大创新，用更少参数实现了更高精度的分割效果，为海洋资源勘探、水下机器人作业等场景提供了更可靠的AI视觉解决方案。