课题基金 / 基金详情

可导局部栅格化的端到端点云目标检测方法研究

批准号:
62101032
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李佳男
依托单位:
学科分类:
图像信息处理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李佳男

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
点云目标检测是面向自主无人系统的智能空间感知和场景理解的关键技术之一。传统的点云目标检测存在点云表征学习困难、无法克服显著类内差异、检测流程繁琐等科学难题,难以在复杂场景中得到大规模应用。本项目针对以上难题,拟开展可导局部栅格化的端到端点云目标检测方法研究,实现高精度、高鲁棒性、低复杂度的三维目标识别与定位。主要研究内容:构建一种新型可导局部栅格化的点云表征学习架构,研究区域化小型卷积神经网络方法,实现高效的点云精细化特征提取;设计一种新型尺度感知目标识别与定位策略,建立自动感知目标尺度和自适应调整子网络权重的动态检测头网络,提升检测器的鲁棒性;研究分类定位联合损失下的一对一训练样本分配方法,构建对待检目标直接输出局部最优检测结果的模型,实现无需非极大值抑制的端到端检测。本项目研究成果为复杂场景下的点云目标检测奠定理论和技术基础,进而推动自主无人系统的智能空间感知和场景理解的发展和应用。
英文摘要
3D object detection in point clouds servers as a fundamental step towards intelligent spatial perception and scene understanding in autonomous unmanned systems. However, existing detection methods in point clouds fail to be applied massively in practical applications due to limited representational learning capability, low robustness and complex detection processes. This program aims to develop an accurate, robust and fast framework for end-to-end detection based on local grid rendering networks. The study includes: propose a novel backbone for point cloud feature extraction with simple design and high efficiency, which renders the small neighborhood of a subset of input points into a low-resolution 3D grid independently, allowing small-size CNNs to accurately exploit informative spatial structures contained in local regions efficiently; develop a scale-aware object recognition and localization strategy, which automatically determines the scale of objects and adaptively adjusts the weights of multiple built-in sub-networks, forming a dynamic detection head that is shown to be robust to large variance in instance scales; investigate a one-to-one label assignment strategy by considering both classification and localization cost between sample and ground-truth, such that the network predicts one single optimal result for each target during testing, achieving end-to-end detection without non-maximum suppression process. This program aims to provide new and critical technical support for intelligent spatial perception and scene understanding in complex scenes, thus promoting the development and application of intelligence technology for autonomous unmanned systems.
点云目标检测是自主无人系统实现三维智能感知的核心技术之一,广泛应用于智能驾驶、军事侦察等领域。然而,当前的点云目标检测技术仍面临诸多瓶颈,如远距离探测能力不足、识别鲁棒性差以及计算复杂度高等问题,严重制约了实际场景下的应用。本项目深入分析了技术瓶颈背后的核心科学问题,从点云精细化特征提取、增强目标尺度适应性以及提升识别鲁棒性三个方面展开了一系列深入研究,成功构建了一种精准、鲁棒且高效的点云目标检测方法,实现了复杂场景下的高精度三维目标识别与定位。主要研究工作及创新成果如下:.(1)点云精细化特征提取。提出了一种轻量化的全局-局部点云特征提取网络,通过引入全局点级特征映射和局部图池化操作,有效建模了点与点之间的空间位置关系,实现了点云层次化、精细化特征提取。进一步地,设计了一种可导局部栅格化操作,结合小型卷积神经网络精确提取局部几何特征,显著提升了特征提取的精度和效率。.(2)尺度感知目标识别与定位。提出了一种混合尺度稀疏体素目标检测架构,采用分而治之的策略,同时捕获细粒度几何特征与长程上下文信息。此外,引入棋盘式采样策略,在降低计算复杂度的同时显著提升了检测精度。进一步地,设计了稀疏体素中心投票模块,通过投票点聚合目标不同部位的特征,大幅提高了远距离目标的识别与定位准确性。.(3)端到端点云目标鲁棒识别。提出了一种端到端样本自适应点云数据扩增方法,通过失真模拟器、鉴别器与分类器的联合优化,实现了端到端的样本在线扩增。进一步地,引入了基于对抗学习的特征擦除机制,引导模型广泛提取目标各部分具有鉴别力的特征,增强对目标整体结构的建模能力,从而提高了在真实点云失真情况下的识别鲁棒性。.本项目通过创新的方法与架构设计,显著提升了点云目标检测的精度、鲁棒性和运行速度,能够满足自主无人系统在复杂环境中的精确三维目标识别与定位需求,为三维智能感知与场景理解提供了新颖且实用的技术手段。
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