基于MANet的三维点云特征提取方法研究

在三维点云数据特征提取过程中,点云数据本身的稀疏性和不规则性会影响输入数据的全局特征表示,且现有方法未考虑不同特征通道的重要性差异,不利于点云特征的全局优化。提出一种基于多分组表征和注意力机制的MANet网络进行三维点云特征描述。为获得完整的点云特征信息,将点云数据输入多分组表征模块获得初始点云特征。为学习点云不同通道的重要性,引入新的通道注意力机制强调对特征表示重要的通道,抑制不重要的通道,进一步优化特征表示。将优化后的特征输入点云分类网络,实验结果表明,多分组表征可以感知局部信息,注意力机制能够优化全局特征表示,所提方法能够对点云数据进行有效学习,有助于提高点云分类的鲁棒性和准确率。在ModelNet10/40分类数据集上总体准确率（overall accuracy）分别达到95.1%和92.5%,在ScanNet和SHREC15数据集上总体准确率分别为78.6%和97.2%,上述结果均优于PointNet++网络。     

基于残差边卷积的3D点云分类算法

3D点云的不规则性与无序性使点云的分类仍具有挑战性.针对上述问题,文中设计基于残差边卷积的3D点云分类算法,可直接从点云学习到具有区分度的形状描述子,用于目标分类.首先,设计具有残差学习的边卷积模块,用于点云的特征提取.通过K近邻算法,该边卷积模块在输入点云上构建局部图,使用卷积及最大池化进行局部特征的提取与聚合.然后,通过多层感知器从原始点特征中提取全局特征,并以残差学习的方式与局部特征结合.最后,以该卷积块为基本单元,构建深度神经卷积网络,实现3D点云的分类.文中方法较全面地考虑点云局部特征与全局特征的有机结合,网络具有更深层次的结构,最终得到的形状描述子更抽象,具有更高的区分度.在具有挑战性的ModelNet40、ScanObjectNN数据集上的实验证实文中方法的分类性能较优.     

结合空间结构卷积和注意力机制的三维点云分类网络

目的 三维点云分类作为一项关键任务,在计算机视觉、机器人和自动驾驶等领域有着广泛的应用场景。现有的三维点云分类网络在使用边卷积进行局部特征提取时通常存在输入特征差异性小,空间结构信息提取、融合不充分等问题。针对上述问题,设计了一种结合空间结构卷积和注意力机制的点云分类网络。方法 首先,提出一种空间结构卷积,在边卷积的基础上引入邻接点之间的相对位置信息来降低输入特征相似性,而后从结构和位置两个角度分别进行特征编码,实现更具多样性的局部几何结构捕获。其次,设计了全局特征编码模块,从坐标信息中提炼全局特征信息,同时在网络中融合了注意力机制,用于关联局部和全局特征表示,有效保留了全局特征信息,实现全局特征的适应性调整。最后,将局部几何结构信息和全局位置信息进行有效的融合,获得更具代表性和差异性的特征表征。结果 设计实验在公开数据集ModelNet40上对提出的网络模型的性能进行评估,点云分类总体准确率和平均准确率分别达到93.0%和89.7%,具备良好的分类性能和预测效率。实验结果表明,空间结构卷积的使用有效增加了输入特征的多样性,位置和结构的单独编码有效提高了局部特征的表达能力。同时,提出的注意力加权方式在保留全局特征前提下实现了局部特征和全局特征的关联。结论 提出的网络有较强的细粒度特征提取能力,具有良好的分类性能。     

面向形状特征的多维度多层级点云分析

目的 3维点云是编码几何信息的主要数据结构,与2维视觉数据不同的是,点云中隐藏了3维物体中重要的形状特征。为更好地从无序的点云中挖掘形状特征,本文提出一种能够端到端且鲁棒地处理点云数据的多维度多层级神经网络(multi-dimensional multi-layer neural network,MM-Net)。方法多维度特征修正与融合(multidimensional feature correction and fusion module,MDCF)模块从多个维度自适应地修正局部特征和逐点特征,并将其整合至高维空间以获得丰富的区域形状。另一方面,多层级特征衔接(multi-layer feature articulation module,MLFA)模块利用多个层级间的远程依赖关系,推理得到网络所需的全局形状。此外设计了两种分别应用于点云分类与分割任务的网络结构MM-Net-C(multi-dimensional multi-layer feature classification network)和MM-Net-S(multi-dimensional multi-layer fe...     

基于特征通道和空间位置注意力的三维点云特征学习网络

点云模型的分类与部件分割是三维点云数据处理的基本任务,其核心在于获取可以有效表示三维模型的点云特征。提出一个引入注意力机制的三维点云特征学习网络。该网络采用多层次点云特征提取方法,首先使用特征通道注意力模块获取各通道间的关联,增强关键通道信息; 接着引入空间位置注意力机制,基于点的空间位置信息获取各点的注意力权重;然后结合以上2种注意力机制获取增强的点云特征;最后基于该特征继续进行多层次特征提取,获得面向下游任务的点云特征。分别在ModelNet40和ShapeNet数据集上进行形状分类与部件分割实验,结果表明,使用所提方法可以实现高精度、具有鲁棒性的三维点云形状分类与分割。     

基于动态图卷积的加权点云分类网络

传统的直接处理点云的PointNet类深度学习网络大多只考虑了点云的全局特征而忽视了点云局部特征,动态图卷积网络DGCNN通过构建[k]近邻图完成了对局部特征的弥补。然而现有的DGCNN使用简单的边缘特征作为局部特征的输入,没有对局部特征进行更深入的研究,且仅使用最大池化处理点云无序性问题,这造成了一定的信息损失。提出加权点云分类网络WDGCNN,使用特征拼接思想优化网络结构以实现多层次特征的融合、通过对[k]近邻图构成的边缘特征设计恰当的加权函数以弱化远点的干扰,相对加强近点的特征、采用最大池化和平均池化相结合的对称函数弥补单独使用最大池化造成的全局信息损失的新方法,实现了模型优化。实验结果表明,在通用点云分类数据集ModelNet40上,WDGCNN相比于DGCNN分类准确率由91.61%达到了93.22%,验证了新方法的有效性。     

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。     

基于环查询和通道注意力的点云分类与分割

点云数据的特征处理是机器人、自动驾驶等领域中三维物体识别技术的关键组成部分,针对点云局部特征信息重复提取、点云物体整体几何结构缺乏识别等问题,提出一种基于环查询和通道注意力的点云分类与分割网络。首先将单层环查询和特征通道注意力机制进行结合,减少局部信息冗余并加强局部特征;然后计算法线变化识别出物体边缘、拐角区域的高响应点,并将其法线特征加入全局特征表示中,加强物体整体几何结构的识别。在ModelNet40和ShapeNet Part数据集上与多种点云网络进行比较,实验结果表明,该网络不仅有较高的点云分类与分割精度,同时在训练时间和内存占用等方面也优于其他方法,此外对于不同输入点云数量具有较强鲁棒性。因此该网络是一种有效、可行的点云分类与分割网络。     

结合坐标转换和时空信息注入的点云人体行为识别

目的 行为识别中广泛使用的深度图序列存在着行为数据时空结构信息体现不足、易受深色物体等因素影响的缺点,点云数据可以提供丰富的空间信息与几何特征,弥补了深度图像的不足,但多数点云数据集规模较小且没有时序信息。为了提高时空结构信息的利用率,本文提出了结合坐标转换和时空信息注入的点云人体行为识别网络。方法 通过将深度图序列转换为三维点云序列,弥补了点云数据集规模较小的缺点,并加入帧的时序概念。本文网络由两个模块组成,即特征提取模块和时空信息注入模块。特征提取模块提取点云深层次的外观轮廓特征。时空信息注入模块为轮廓特征注入时序信息,并通过一组随机张量投影继续注入空间结构信息。最后,将不同层次的多个特征进行聚合,输入到分类器中进行分类。结果 在3个公共数据集上对本文方法进行了验证,提出的网络结构展现出了良好的性能。其中,在NTU RGB+d60数据集上的精度分别比PSTNet（point spatio-temporal network）和SequentialPointNet提升了1.3%和0.2%,在NTU RGB+d120数据集上的精度比PSTNet提升了1.9%。为了确保网络模型的鲁棒性,在MSR Action3D小数据集上进行实验对比,识别精度比SequentialPointNet提升了1.07%。结论 提出的网络在获取静态的点云外观轮廓特征的同时,融入了动态的时空信息,弥补了特征提取时下采样导致的时空损失。     

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.     

Semi-Supervised 3D Shape Recognition via Multimodal Deep Co-training

3D shape recognition has been actively investigated in the field of computer graphics. With the rapid development of deep learning, various deep models have been introduced and achieved remarkable results. Most 3D shape recognition methods are supervised and learn only from the large amount of labeled shapes. However, it is expensive and time consuming to obtain such a large training set. In contrast to these methods, this paper studies a semi-supervised learning framework to train a deep model for 3D shape recognition by using both labeled and unlabeled shapes. Inspired by the co-training algorithm, our method iterates between model training and pseudo-label generation phases. In the model training phase, we train two deep networks based on the point cloud and multi-view representation simultaneously. In the pseudo-label generation phase, we generate the pseudo-labels of the unlabeled shapes using the joint prediction of two networks, which augments the labeled set for the next iteration. To extract more reliable consensus information from multiple representations, we propose an uncertainty-aware consistency loss function to combine the two networks into a multimodal network. This not only encourages the two networks to give similar predictions on the unlabeled set, but also eliminates the negative influence of the large performance gap between the two networks. Experiments on the benchmark ModelNet40 demonstrate that, with only 10% labeled training data, our approach achieves competitive performance to the results reported by supervised methods.     

多模态融合网络的睡眠分期研究

针对睡眠多导图中各模态信息在睡眠各阶段存在差异性,而导致特征利用不充分的问题,本文提出了一种基于通道注意力机制和多模态门控机制的睡眠分期模型。首先利用残差收缩网络设计各模态特征提取网络用于提取各模态特征,并在通道维度上进行拼接融合,利用通道注意力机制进一步对融合特征进行重标定得到睡眠多导图的时不变特征;之后提出了一种基于自适应门控机制的多模态门控模块,对各模态特征及时不变特征按照重要程度进行加权融合,实现特征融合;最后利用双向长短时记忆网络提取睡眠多导图的时序特征。实验结果表明,本文提出的睡眠分期模型在欧洲数据格式睡眠数据集(sleep-European data format, sleep-EDF)上准确率为87.6%,$ {M_{{F_1}}} $为82.0%,取得了目前最好的分期效果。     

多尺度特征融合网络的视网膜OCT图像分类

目前基于深度学习的视网膜OCT图像分类方法存在网络特征提取能力低、小目标病变分类困难等问题。为此本文提出了一种双分支多尺度特征融合网络,通过加入门控注意力机制,利用深层特征作为选通信号传递给浅层特征,在消除冗余特征的同时,获得更细尺度的抽象信息。同时加入空洞空间金字塔模块,实现在不降低特征图分辨率的同时增大感受野,按不同比例有效捕获全局上下文信息,提高了小目标病变分类精度。实验结果表明,本文提出的方法在视网膜OCT图像分类任务中取得了较好效果,分类准确率达97.9%。     

基于动态图卷积和空间金字塔池化的点云深度学习网络

点云数据的分类和语义分割在自动驾驶、智能机器人、全息投影等领域中有着重要应用。传统手工提取点云特征的方式,以及将三维点云数据转化为多视图、体素网格等数据形式后再进行特征学习的方式,都存在处理环节多、三维特征损失大等问题,分类和分割的精度较低。目前可以直接处理点云数据的深度神经网络PointNet忽略了点云的局部细粒度特征,对复杂点云场景的处理能力较弱。针对上述问题,提出了一种基于动态图卷积和空间金字塔池化的点云深度学习网络。该网络在PointNet的基础上使用动态图卷积模块来替换PointNet中的特征学习模块,增强了网络对局部拓扑结构信息的学习能力;同时设计了一种基于点的空间金字塔池化结构来捕获多尺度局部特征,该方式比PointNet++的多尺度采样点云、重复分组进行多尺度局部特征学习的方法更加简洁高效。实验结果表明,在点云分类和语义分割任务的3个基准数据集上,所提网络相较于现有网络具有更高的分类和分割精度。     

3D shape recognition based on multi-modal information fusion

The classification and retrieval of 3D models have been widely used in the field of multimedia and computer vision. With the rapid development of computer graphics, different algorithms corresponding to different representations of 3D models have achieved the best performance. The advances in deep learning also encourage various deep models for 3D feature representation. For multi-view, point cloud, and PANORAMA-view, different models have shown significant performance on 3D shape classification. However, There’s not a way to consider utilizing the fusion information of multi-modal for 3D shape classification. In our opinion, We propose a novel multi-modal information fusion method for 3D shape classification, which can fully utilize the advantage of different modal to predict the label of class. More specifically, the proposed can effectively fuse more modal information. it is easy to utilize in other similar applications. We have evaluated our framework on the popular dataset ModelNet40 for the classification task on 3D shape. Series experimental results and comparisons with state-of-the-art methods demonstrate the validity of our approach.

     

基于局部区域动态覆盖的3D点云分类方法

局部几何形状的描述能力, 对不规则的点云形状表示是十分重要的. 然而, 现有的网络仍然很难有效地捕捉准确的局部形状信息. 在点云中模拟深度可分离卷积计算方式, 提出一种新型的动态覆盖卷积(dynamic cover convolution, DC-Conv), 以聚合局部特征. DC-Conv的核心是空间覆盖算子(space cover operator, SCOP), 该算子通过在局部区域中构建各向异性的空间几何体覆盖局部特征空间, 以加强局部特征的紧凑性. DC-Conv通过在局部邻域中动态组合多个SCOP, 实现局部形状的捕捉. 其中, SCOP的注意力系数通过数据驱动的方式由点位置自适应地学习得到. 在3D点云形状识别基准数据集ModelNet40, ModelNet10和ScanObjectNN上的实验结果表明, 该方法能有效提高3D点云形状识别的性能和对稀疏点云的鲁棒性. 最后, 也提供了充分的消融实验验证该方法的有效性. 开源代码发布在https://github.com/changshuowang/DC-CNN.     

基于体素特征重组网络的三维物体识别

三维物体识别是计算机视觉领域近年来的研究热点,其在自动驾驶、医学影像处 理等方面具有重要的应用前景。针对三维物体的体素表达形式,特征重组卷积神经网络 VFRN 使用了直接连接同一单元中不相邻的卷积层的短连接结构。网络通过独特的特征重组方式,复 用并融合多维特征,提高特征表达能力,以充分提取物体结构特征。同时,网络的短连接结构 有利于梯度信息的传播,加之小卷积核和全局均值池化的使用,进一步提高了网络的泛化能力, 降低了网络模型的参数量和训练难度。ModelNet 数据集上的实验表明,VFRN 克服了体素数据 分辨率低和纹理缺失的问题,使用较少的参数取得了优于现有方法的识别准确率。     

利用空间结构信息的三维点云模型分类

现有的三维点云模型分类方法未考虑模型本身的空间结构信息,忽略了模型上点与点之间的相互关系.为此,提出一种能够提取模型空间结构信息的转换网络,实现三维点云模型的分类.首先对三维模型采样分组,得到其球形邻域,计算每个邻域内点的浅层特征,同时使用转换网络将邻域的空间结构信息转换为特征权重,并通过特征映射将特征权重和浅层特征输...     

基于全局特征改进的行人重识别

由于行人重识别面临姿态变化、遮挡干扰、光照差异等挑战, 因此提取判别力强的行人特征至关重要. 本文提出一种在全局特征基础上进行改进的行人重识别方法, 首先, 设计多重感受野融合模块充分获取行人上下文信息, 提升全局特征辨别力; 其次, 采用GeM池化获取细粒度特征; 最后, 构建多分支网络, 融合网络不同深度的特征预测行人身份. 本文方法在Market1501和DukeMTMC-ReID两大数据集上的mAP指标分别达到83.8%和74.9%. 实验结果表明, 本文方法有效改进了基于全局特征的模型, 提升了行人重识别的识别准确率.     

一种基于注意力机制的三维点云物体识别方法

三维点云数据通常具备无序排列的结构。在三维点云数据处理领域,深度学习模型通常会利用最大池化等对称操作来处理点云的排列不变性。最大池化方法一方面会破坏点云的信息结构,使得局部信息与全局信息难以交互。另一方面,最大池化方法对点云信息过度压缩,得到的特征对局部细节描述不足。针对上述问题,提出了AttentionPointNet的网络结构。该网络利用注意力机制,使每个点与点云其余部分进行特征交互,实现了局部与全局信息的综合。为降低最大池化造成的信息损失,提出了一种稀疏卷积方法来替代池化操作。这种方法利用大步长的稀疏卷积实现全局信息的提取。在ModelNet40数据集上,AttentionPointNet取得了87.2%的准确率。不使用池化层,完全采用卷积层实现的模型取得了86.2%的分类准确率。