基于局部区域动态覆盖的3D点云分类方法
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王昌硕(1995-),男,博士生,主要研究领域为三维点云分析,行人再识别,拓扑数据分析;田生伟(1973-),男,博士,博士生导师,主要研究领域为人工智能,软件工程;王含(1981-),男,博士,高级工程师,主要研究领域为人工智能应用规范;李卫军(1975-),男,博士,研究员,博士生导师,CCF高级会员,主要研究领域为神经网络与深度学习,符号回归与深度建模,视觉计算模型与算法,3D主动视觉芯片与系统;宁欣(1989-),男,博士,副研究员,CCF高级会员,主要研究领域为低功耗计算机视觉技术,多视角学习及三维视觉中的应用,形象认知计算理论与方法.

通讯作者:

中图分类号:

TP391

基金项目:

国家自然科学基金(61901436); 广东省重点领域研发计划(2019B010107001);中国科学院B类先导科技专项培育


3D Point Cloud Classification Method Based on Dynamic Coverage of Local Area
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    摘要:

    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.

    Abstract:

    The ability to describe local geometric shapes is very important for the representation of irregular point cloud. However, the existing network is still difficult to effectively capture accurate local shape information. This study simulates depthwise separable convolution calculation method in the point cloud and proposes a new type of convolution, namely dynamic cover convolution (DC-Conv), to aggregate local features. The core of DC-Conv is the space cover operator (SCOP), which constructs anisotropic spatial geometry in a local area to cover the local feature space to enhance the compactness of local features. DC-Conv achieves the capture of local shapes by dynamically combining multiple SCOPs in the local neighborhood. Among them, the attention coefficients of the SCOPs are adaptively learned from the point position in a data-driven way. Experiments on the 3D point cloud shape recognition benchmark dataset ModelNet40, ModelNet10, and ScanObjectNN show that this method can effectively improve the performance of 3D point cloud shape recognition and robustness to sparse point clouds even in the case of a single scale. Finally, sufficient ablation experiments are also provided to verify the effectiveness of the method. The open-source code is published at https://github.com/changshuowang/DC-CNN.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

王昌硕,王含,宁欣,田生伟,李卫军.基于局部区域动态覆盖的3D点云分类方法.软件学报,2023,34(4):1962-1976

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  • 收稿日期:2021-11-24
  • 最后修改日期:2022-02-10
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  • 在线发布日期: 2022-09-20
  • 出版日期: 2023-04-06
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