谷歌教你用"注意力"提升產(chǎn)品體驗

【導(dǎo)讀】讓用戶在體驗過程中關(guān)注主要部分，得先抓住用戶的眼球。

人每時每刻都在接收海量的信息，例如每秒進(jìn)入視網(wǎng)膜的數(shù)據(jù)量就達(dá)到了10的10次方比特，但人類會選擇性地關(guān)注一些任務(wù)相關(guān)或感興趣的區(qū)域以進(jìn)一步處理，比如記憶、理解和采取行動等。

如何將人類的注意力進(jìn)行建模，即顯著性模型（saliency model）在神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、人機(jī)交互（HCI）和計算機(jī)視覺等領(lǐng)域開始得到廣泛關(guān)注。

預(yù)測「哪些區(qū)域可能吸引注意力」的能力在圖形、攝影、圖像壓縮和處理以及視覺質(zhì)量測量等領(lǐng)域具有許多重要應(yīng)用。

不過，使用機(jī)器學(xué)習(xí)和基于智能手機(jī)的凝視估計來加速眼動研究需要專門的硬件，每臺成本高達(dá)三萬美元，并不具備廣泛推廣的條件。

最近，谷歌的研究人員介紹了兩篇相關(guān)領(lǐng)域的研究論文，分別發(fā)表在CVPR 2022和CVPR 2023上，主要研究了如何利用「人類注意力的預(yù)測模型」來實現(xiàn)更好的用戶體驗，例如用圖像編輯操作以最大限度地減少視覺混亂、分心或偽影等問題，使用圖像壓縮來更快地加載網(wǎng)頁或應(yīng)用程序，并引導(dǎo)機(jī)器學(xué)習(xí)模型實現(xiàn)更直觀的類人解釋和模型性能。

這兩篇論文主要關(guān)注圖像編輯和圖像壓縮，并討論了在具體應(yīng)用場景下，對注意力建模的相關(guān)最新進(jìn)展。

注意力引導(dǎo)的圖像編輯

對人體注意力進(jìn)行建模，通常需要把眼睛看到的圖像作為輸入，如自然圖像或網(wǎng)頁的屏幕截圖等，并將預(yù)測的熱力圖作為輸出。

預(yù)測得到的熱力圖會根據(jù)「眼球跟蹤器」或「鼠標(biāo)懸停/點擊」等收集到的實時注意力近似值進(jìn)行評估。

之前的模型大多利用手工制作的視覺線索特征，如顏色/亮度對比度、邊緣和形狀等，最近也有一些方法轉(zhuǎn)向基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來自動學(xué)習(xí)判別特征，使用的模型包括卷積、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及視覺Transformer網(wǎng)絡(luò)等。

谷歌在CVPR2022上發(fā)表的一篇論文中，利用深度顯著性模型（deep saliency models）進(jìn)行視覺逼真的編輯（visually realistic edits），可以顯著改變觀察者對不同圖像區(qū)域的注意力。

論文鏈接：https://openaccess.thecvf.com/content/CVPR2022/papers/Aberman_Deep_Saliency_Prior_for_Reducing_Visual_Distraction_CVPR_2022_paper.pdf

比如移除背景中分散注意力的物體可以降低照片中的雜亂程度，從而提高用戶滿意度；同樣，在視頻會議中，減少背景中的混亂度也可以增加對主要發(fā)言者的關(guān)注度。

為了探索哪些類型的編輯效果是可實現(xiàn)的，以及這些效果如何影響觀眾的注意力，研究人員開發(fā)了一個優(yōu)化框架，以用于使用可區(qū)分的預(yù)測顯著性模型來引導(dǎo)圖像中的視覺注意力。

給定輸入圖像和表示干擾物區(qū)域的二元遮罩，使用顯著性預(yù)測模型對遮罩內(nèi)的像素提供指導(dǎo)并編輯圖像，降低遮罩區(qū)域內(nèi)的顯著性。

為了確保編輯后的圖像自然且逼真，研究人員精心選擇了四種圖像編輯操作符，其中包括兩個標(biāo)準(zhǔn)圖像編輯操作（即重新著色和圖像扭曲）；以及及兩個可學(xué)習(xí)的操作符，即多層卷積濾波器和生成模型（GAN）。

利用這些操作符，該框架可以產(chǎn)生各種強大的效果，包括重新著色、修復(fù)、偽裝、對象編輯、插入以及面部屬性編輯，并且所有這些效果都是由單個預(yù)訓(xùn)練的顯著性模型驅(qū)動的，沒有任何額外的監(jiān)督或訓(xùn)練。

減少視覺干擾的例子，由顯著性模型與幾個操作符引導(dǎo)，干擾物區(qū)域被標(biāo)記在顯著性圖（紅色邊框）的頂部

需要注意的是，研究人員的目標(biāo)不是與產(chǎn)生每種效果的專用方法競爭，只是演示如何通過嵌入在深度顯著性模型中的知識來指導(dǎo)多個編輯操作。

個性化的顯著性建模

之前的研究假定單個顯著性模型即可完成對全部人群的預(yù)測任務(wù)，不過人類的注意力在個體之間是不同的：雖然對顯著線索的檢測是一致的，但具體的順序、解釋和注視分布可以有很大的區(qū)別，這一問題也提供了為個人或團(tuán)體創(chuàng)建個性化用戶體驗的機(jī)會。

在CVPR2023的一篇論文中，谷歌的研究人員引入了一個用戶感知的顯著性模型，也是首個僅用單模型就可以完成預(yù)測某個用戶、一組用戶和通用人群注意力的框架。

論文鏈接：https://openaccess.thecvf.com/content/CVPR2023/papers/Chen_Learning_From_Unique_Perspectives_User-Aware_Saliency_Modeling_CVPR_2023_paper.pdf

該框架的核心是將每個參與者的視覺偏好與每個用戶的注意力熱力圖和自適應(yīng)用戶遮罩進(jìn)行組合，需要每個用戶的注意力標(biāo)注在訓(xùn)練過程中都是可用的，可用的數(shù)據(jù)集包括用于自然圖像的OSIE移動的凝視數(shù)據(jù)集、網(wǎng)頁的FiWI和WebSaliency數(shù)據(jù)集。

該模型并沒有預(yù)測表示所有用戶的注意力的單個顯著性熱力圖，而是預(yù)測每個用戶的注意力圖以編碼個體的注意力模式。

此外，該模型采用用戶掩碼（大小等于參與者數(shù)量的二進(jìn)制向量）來指示當(dāng)前樣本中參與者的存在，使得模型可以選擇一組參與者，并將偏好組合成單個熱力圖。

預(yù)測注意力與GT值，EML-Net是最先進(jìn)模型的預(yù)測，對于兩個參與者/組具有相同的預(yù)測；Ours提出的用戶感知顯著性模型的預(yù)測，可以正確預(yù)測每個參與者/組的獨特偏好。第一個圖像來自O(shè)SIE圖像集，第二個圖像來自FiWI。

以顯著特征為中心的漸進(jìn)式圖像解碼

除了圖像編輯，人類注意力模型也可以改善用戶的瀏覽體驗。

在上網(wǎng)時，最讓人感到不舒服的用戶體驗之一就是等待加載帶有圖像的網(wǎng)頁，特別是在網(wǎng)速很慢的情況下，一種改善用戶體驗的方式是圖像的漸進(jìn)式解碼，可以隨著數(shù)據(jù)逐漸下載再解碼，并顯示越來越高分辨率的圖像，直到全分辨率圖像準(zhǔn)備就緒。

漸進(jìn)式解碼通常按順序進(jìn)行（例如，從左到右、從上到下），使用預(yù)測注意力模型，就可以基于顯著性對圖像進(jìn)行解碼，從而可以首先發(fā)送顯示最顯著區(qū)域的細(xì)節(jié)所需的數(shù)據(jù)。

例如，在肖像中，用于面部的字節(jié)可以優(yōu)先于用于失焦背景的字節(jié)，因此用戶更早地感知到更好的圖像質(zhì)量，并體驗到顯著減少的等待時間。

基于這個想法，預(yù)測注意力模型可以幫助圖像壓縮和更快地加載具有圖像的網(wǎng)頁，改善大型圖像和流媒體/VR應(yīng)用的渲染。

結(jié)論

上面兩篇論文展示了人類注意力的預(yù)測模型如何通過具體的應(yīng)用場景實現(xiàn)令人愉快的用戶體驗，例如圖像編輯操作，可以減少用戶圖像或照片中的混亂、分心或偽影，以及漸進(jìn)式圖像解碼，可以大大減少用戶在圖像完全渲染時的感知等待時間。

文中提出的用戶感知顯著性模型可以進(jìn)一步為個人用戶或群體個性化上述應(yīng)用程序，從而實現(xiàn)更豐富、更獨特的體驗。