多尺度注意力融合和抗噪声的轻量点云人脸识别模型

在低质量点云人脸数据集上,判别性特征的提取和模型对噪声的鲁棒性是解决点云人脸识别问题的关键。针对现有轻量点云人脸识别算法不能充分提取判别性特征和数据集中存在大量噪声而影响模型训练的问题,设计轻量高效的网络模型,提出了基于多尺度注意力融合和抗噪声的自适应损失函数的点云人脸识别算法。首先通过不同卷积模块获得不同感受野大小的特征图。然后进行多尺度的注意力特征提取,并使用高层的注意力权重来引导低层注意力权重的生成,最后进行通道融合得到多尺度融合的特征,提升了模型捕获人脸细节特征的能力。其次,根据低质量点云人脸图像的噪声信息特点,设计了一种新颖的抗噪声的自适应损失函数(anti-noise adaptiveloss),以应对数据集大量噪声对模型训练过程中可能造成的负面影响,提升模型的鲁棒性和泛化能力。在开源数据集Lock3DFace和本文提出的KinectFaces数据集上的实验结果表明,与当前的主流算法相比该算法模型在低质量点云人脸识别任务中具有更好的识别效果。     

MSP-Net:多尺度点云分类网络

针对传统点云分类网络难以充分发挥卷积神经网络优势的问题,提出一种多尺度点云分类网络MSP-Net.首先,基于局部区域划分的完备性、自适应性、重叠性及多尺度特性要求,提出了多尺度局部区域划分算法,并以点云及不同层次的特征为输入,得到多尺度局部区域;然后构建了包含单尺度特征提取、低层次特征聚合及多尺度特征融合等模块的多尺度点云分类网络.该网络充分地模拟了卷积神经网络的作用原理,具备随着网络尺度和深度的增加,局部感受野越来越大,特征抽象程度越来越高的基本特征.最后将该算法应用在标准公开数据集ModelNet10和ModelNet40上,分别取得了94.71%和91.73%的分类准确率,表明该算法在同类工作中处于领先或相当的水平,验证了算法思想的可行性及有效性.     

基于神经网络架构搜索的肺结节分类算法

肺结节分类是早期肺癌诊断的重要任务。基于深度学习的肺结节分类方法虽然能够取得良好的分类精度,但存在模型复杂和可解释性差的问题。为此,提出了一种基于神经网络架构搜索的肺结节分类算法。首先,将注意力残差卷积cell作为搜索空间的基本单元,并使用偏序剪枝方法作为搜索策略来构建神经网络架构以搜索3D分类网络,从而达到网络性能和搜索速度的平衡。其次,在网络中构建了多尺度通道和空间注意力模块来提高特征描述和类别推理的可解释性。最后,采用堆叠法将搜索到的网络架构进行多模型的融合,从而获取精准的肺结节良恶性分类预测结果。实验结果表明,在肺结节分类常用数据集LIDC-IDRI上,所提算法与最新肺结节分类算法相比具有较好的分类性能和较快的收敛,且所提算法的特异性和精确率分别达到95.37%和93.42%,能够实现良恶性肺结节的准确分类。     

基于注意力机制和特征融合的道路目标检测算法

针对道路检测目标小、模型特征融合不充分等问题,提出了一种基于注意力机制和多尺度特征融合的道路目标检测算法MFFDM。该算法将Resnext50网络与注意力模块进行融合形成新的主干特征提取网络;其次,新增具有空间位置信息的底层检测层来匹配对小物体的检测;另外,利用反卷积模块及特征纹理提取模块设计多尺度特征融合网络DEFTFN。实验表明,与FCOS算法相比,该算法在KITTI数据集上的平均精度提升了9.3%,对道路行人目标的检测精度提升明显,提升幅度达14.6%。     

大场景双视角点云特征融合语义分割方法

目的 点云语义分割在无人驾驶、城市场景建模等领域中具有重要意义,为了提升大场景条件下点云特征的提取效率,提出一种大场景双视角点云特征融合的语义分割方法（double-view feature fusion network for LiDAR semantic segmentation,DVFNet）。方法 大场景双视角点云特征融合的语义分割方法由两个部分组成,分别为双视角点云特征融合模块和基于非对称卷积的点云特征整合模块。双视角点云特征融合模块将柱状体素特征与关键点全局特征相结合,减少降采样导致的特征损失;基于非对称卷积的点云特征整合模块将双视角点云特征使用非对称卷积进行处理,并使用多维度卷积与多尺度特征整合来实现局部特征优化。结果 本文提出的大场景双视角点云特征融合语义分割方法,在SemanticKITTI大场景点云数据集上达到63.9%的准确率,分割精度在已开源的分割方法中处于领先地位。结论 通过文中的双视角点云特征融合语义分割方法,能够实现大场景条件下点云数据的高精度语义分割。     

基于神经网络注意力架构搜索的光学遥感图像场景分类

针对光学遥感图像场景分类存在类别变化、样本数量变化,场景图像中背景与重要物体变换大、尺度变化多的问题,提出基于神经网络注意力架构搜索的光学遥感图像场景分类方法,由算法自适应在神经网络中搜索卷积、池化、注意力等操作,构建能完成光学遥感图像场景分类任务的神经网络。为保证搜索神经网络过程稳定性,提出两段式贪婪策略网络搜索方法,分阶段丢弃无用操作,减少搜索算法负担、提高搜索速度。最后为了关注各物体与场景关联信息,提出自上而下的网络连接策略,充分复用各阶段多尺度特征图的语义。实验结果证明：该方法相较于手工设计的经典深度学习方法具有更好的性能。在AID、NWPU、PATTERNET 3个遥感图像标准数据集上总体精度均超过经典方法。在AID数据集上准确率达到94.04%;在PATTERNET数据集上准确率达到99.62%;在NWPU数据集上达到95.49%。     

基于全融合网络的三维点云语义分割

为提高室内场景的点云语义分割精度,设计了一个全融合点云语义分割网络。网络由特征编码模块、渐进式特征解码模块、多尺度特征解码模块、特征融合模块和语义分割头部组成。特征编码模块采用逆密度加权卷积作为特征编码器对点云数据进行逐级特征编码,提取点云数据的多尺度特征;然后通过渐进式特征解码器对高层语义特征进行逐层解码,得到点云的渐进式解码特征。同时,多尺度特征解码器对提取的点云多尺度特征分别进行特征解码,得到点云多尺度解码特征。最后将渐进式解码特征与多尺度解码特征融合,输入语义分割头部实现点云的语义分割。全融合网络增强了网络特征提取能力的鲁棒性,实验结果也验证了该网络的有效性。     

多特征融合与几何卷积的机载LiDAR点云地物分类

目的点云分类传统方法中大量依赖人工设计特征,缺乏深层次特征,难以进一步提高精度,基于深度学习的方法大部分利用结构化网络,转化为其他表征造成了3维空间结构信息的丢失,部分利用局部结构学习多层次特征的方法也因为忽略了机载数据的几何信息,难以实现精细分类。针对上述问题,本文提出了一种基于多特征融合几何卷积神经网络(multi-feature fusion and geometric convolutional neural network,MFFGCNN)的机载Li DAR(light detection and ranging)点云地物分类方法。方法提取并融合有效的浅层传统特征,并结合坐标尺度等预处理方法,称为APD模块(airporne laser scanning point cloud design module),在输入特征层面对典型地物有针对性地进行信息补充,来提高网络对大区域、低密度的机载Li DAR点云原始数据的适应能力和基础分类精度,基于多特征融合的几何卷积模块,称为FGC(multi-feature fusion and geometric convolution)算子,...     

MF-Net：结合残差网络的多尺度特征点云补全网络

针对目前点云补全网络只关注全局特征造成的语义信息丢失问题，提出了一个基于残差网络的多尺度特征提取的点云补全网络。网络采用端到端的思想，为避免单一特征不全面问题，将原始输入采样为三种不同尺度的点云；利用级联方式递归式融合不同方法提取的低分辨率点云的全局特征和原始点云的局部特征，形成特征向量并输入全连接网络，实现粗点云的预测；将拼接后的原始点云和粗点云送入精细重构单元，再在精细重构单元中融合注意力机制并利用残差网络进行由粗略到精细的补全；通过计算粗点云、稠密点云与真实点云之间的联合损失函数以提高补全性能。在ShapeNet数据集和KITTI数据集上的实验证明，无论是定性比较还是定量比较，提出的方法对残缺点云均具有较好的补全效果，同时也体现了该方法具有泛化能力。     

融合注意力机制的对抗式半监督语义分割

图像语义分割任务是计算机视觉领域重要研究课题之一。当前基于全卷积神经网络的语义分割算法存在像素之间缺乏关联性、卷积核感受野小于理论值、人工标记数据集标签成本大等问题。为了解决上述问题,提出了一种融合注意力机制的对抗式半监督语义分割模型。将生成对抗网络应用到图像语义分割中,增强像素点之间的关联性;提出模型在生成网络中加入自注意力模块和多核池化模块以对长距离语义信息进行融合,扩大了卷积核感受野;在PASCAL VOC2012增强数据集和Cityscapes数据集上进行了大量实验,实验结果证明了该方法在图像语义分割任务中的有效性和可靠性。     

结合动态图卷积和空间注意力的点云分类与分割

目的 随着3维采集技术的飞速发展,点云在计算机视觉、自动驾驶和机器人等领域有着广泛的应用前景。深度学习作为人工智能领域的主流技术,在解决各种3维视觉问题上已表现出巨大潜力。现有基于深度学习的3维点云分类分割方法通常在聚合局部邻域特征的过程中选择邻域特征中的最大值特征,忽略了其他邻域特征中的有用信息。方法 本文提出一种结合动态图卷积和空间注意力的点云分类分割方法（dynamic graph convolution spatial attention neural networks,DGCSA）。通过将动态图卷积模块与空间注意力模块相结合,实现更精确的点云分类分割效果。使用动态图卷积对点云数据进行K近邻构图并提取其边特征。在此基础上,针对局部邻域聚合过程中容易产生信息丢失的问题,设计了一种基于点的空间注意力（spatial attention,SA）模块,通过使用注意力机制自动学习出比最大值特征更具有代表性的局部特征,从而提高模型的分类分割精度。结果 本文分别在ModelNet40、ShapeNetPart和S3DIS（Stanford Large-scale 3D Indoor Spaces Dataset）数据集上进行分类、实例分割和语义场景分割实验,验证模型的分类分割性能。实验结果表明,该方法在分类任务上整体分类精度达到93.4%;实例分割的平均交并比达到85.3%;在室内场景分割的6折交叉检验平均交并比达到59.1%,相比基准网络动态图卷积网络分别提高0.8%、0.2%和3.0%,有效改善了模型性能。结论 使用动态图卷积模块提取点云特征,在聚合局部邻域特征中引入空间注意力机制,相较于使用最大值特征池化,可以更好地聚合邻域特征,有效提高了模型在点云上的分类、实例分割与室内场景语义分割的精度。     

基于局部-非局部交互卷积的3D点云分类

现阶段点云分类研究已被广泛应用于机器人操作、自主驾驶和虚拟现实等多个领域,提取既丰富又具有高判别能力的特征是3D点云分类的关键.为此,文中设计基于局部-非局部交互卷积的3D点云分类算法,改善点云的特征提取.首先,构造局部-非局部交互卷积模块,在获取局部相似特征和非局部相似特征的基础上,采用交互增强,缓解单个邻域在表示封闭区域时存在的冗余问题,增强网络的层次性和稳定性,同时也缓解网络的退化问题.然后,以该模块为基本单元构建卷积神经网络.最后,采用自适应特征融合,充分利用不同层次的特征,实现3D点云的分类.在ModelNet40、ScanObjectNN基准数据集上的实验表明,文中算法性能较优.     

融合多注意力机制的脊椎图像分割方法

针对脊椎CT、MR图像分割模型分割性能不高的问题,基于U型网络提出了脊椎分割网络MAU-Net。首先引入坐标注意力模块,使网络准确捕获到空间位置信息,并嵌入到通道注意力中;然后提出基于Transformer的双支路通道交叉融合模块代替跳跃连接,进行多尺度特征融合;最后提出特征融合注意力模块,更好地融合Transformer与卷积解码器的语义差异。在脊柱侧凸CT数据集上,Dice达到0.929 6,IoU达到0.859 7。在公开MR数据集SpineSagT2Wdataset3上,与FCN相比,Dice提高14.46%。实验结果表明,MAU-Net能够有效减少椎骨误分割区域。     

基于多级特征和混合注意力机制的室内人群检测网络

针对室内人群目标尺度和姿态多样性、人头目标易与周围物体特征混淆的问题,提出了一种基于多级特征和混合注意力机制的室内人群检测网络（MFANet）。该网络结构包括三部分,即特征融合模块、多尺度空洞卷积金字塔特征分解模块以及混合注意力模块。首先,通过将浅层特征和中间层特征信息融合,形成包含上下文信息的融合特征,用于解决浅层特征图中小目标语义信息不丰富、分类能力弱的问题;然后,利用空洞卷积增大感受野而不增加参数的特性,对融合特征进行多尺度分解,形成新的小目标检测分支,实现网络对多尺度目标的定位和检测;最后,用局部混合注意力模块来融合全局像素关联空间注意力和通道注意力,增强对关键信息贡献大的特征,来增强网络对目标和背景的区分能力。实验结果表明,所提方法在室内监控场景数据集SCUT-HEAD上达到了0.94的准确率、0.91的召回率和0.92的F1分数,在召回率、准确率和F1指标上均明显优于当前用于室内人群检测的其他算法。     

基于多尺度特征融合和对比池化的点云补全网络

点云补全在点云处理任务中具有重要作用,它可以提高数据质量、辅助生成精确三维模型,为多种应用提供可靠数据支撑。然而,现有基于深度网络的点云补全算法采用的单层次全局特征提取方法较为简单,没有充分挖掘潜在语义信息,并在编码过程中丢失部分细节信息。为解决这些问题,提出了一种多尺度特征逐级融合的点云补全网络,并结合注意力机制提出了一种全新的池化方法。实验结果表明,在PCN、ShapeNet34和ShapeNet55三个数据集上取得了SOTA水平,证明该网络具有更好的特征表示能力和补全效果。     

面向三维点云单目标跟踪的提案聚合网络

与二维可见光图像相比,三维点云在空间中保留了物体真实丰富的几何信息,能够应对单目标跟踪问题中存在尺度变换的视觉挑战。针对三维目标跟踪精度受到点云数据稀疏性导致的信息缺失影响,以及物体位置变化带来的形变影响这两个问题,在端到端的学习模式下提出了由三个模块构成的提案聚合网络,通过在最佳提案内定位物体的中心来确定三维边界框从而实现三维点云中的单目标跟踪。首先,将模板和搜索区域的点云数据转换为鸟瞰伪图,模块一通过空间和跨通道注意力机制丰富特征信息;然后,模块二用基于锚框的深度互相关孪生区域提案子网给出最佳提案;最后,模块三先利用最佳提案对搜索区域的感兴趣区域池化操作来提取目标特征,随后聚合了目标与模板特征,利用稀疏调制可变形卷积层来解决点云稀疏以及形变的问题并确定了最终三维边界框。在KITTI跟踪数据集上把所提方法与最新的三维点云单目标跟踪方法进行比较的实验结果表明：在汽车类综合性实验中,真实场景中所提方法在成功率上提高了1.7个百分点,精确率上提高了0.2个百分点;在多类别扩展性实验上,即在汽车、货车、骑车人以及行人这4类上所提方法的平均成功率提高了0.8个百分点,平均精确率提高了2.8个百分点。可见,所提方法能够解决三维点云中的单目标跟踪问题,使得三维目标跟踪结果更加精确。     

基于多尺度注意力机制的高分辨率网络人体姿态估计

针对人体姿态估计中面对特征图尺度变化的挑战时难以预测人体的正确姿势,提出了一种基于多尺度注意力机制的高分辨率网络MSANet（multiscale-attention net）以提高人体姿态估计的检测精度。引入轻量级的金字塔卷积和注意力特征融合以更高效地完成多尺度信息的提取;在并行子网的融合中引用自转换器模块进行特征增强,获取全局特征;在输出阶段中将各层的特征使用自适应空间特征融合策略进行融合后作为最后的输出,更充分地获取高层特征的语义信息和底层特征的细粒度特征,以推断不可见点和被遮挡的关键点。在公开数据集 COCO2017上进行测试,实验结果表明,该方法比基础网络HRNet的估计精度提升了4.2%。