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cvpr2020论文解读:三维语义分割3d semantic segmentation -凯发娱发k8

2023-08-16,,

cvpr2020论文解读:三维语义分割3d semantic segmentation

xmuda: cross-modal unsupervised domain adaptation  for 3d semantic segmentation

摘要

无监督域自适应(uda)对于解决新域中缺少注释的问题至关重要。有许多多模态数据集,但大多数uda方法都是单模态的。在这项工作中,我们探索如何从多模态学*,并提出跨模态uda(xmuda),其中我们假设存在二维图像和三维点云进行三维语义分割。这是一个挑战,因为这两个输入空间是异构的,并且可能受到域移动的不同影响。在xmuda中,模态通过相互模仿相互学*,脱离分割目标,防止强模态采用弱模态的错误预测。利用最*的自动驾驶数据集,评估新的uda方案,包括白天到晚上、国家到国家和数据集到数据集。xmuda在所有测试场景上都比单峰uda有很大的改进,并且是对最新uda技术的补充。

创新点:

unsupervised domain adaptation.

在过去的几年中,人们对无监督的领域适应技术越来越感兴趣,这些技术可以用于复杂的感知任务,如目标检测和语义分割。

虽然大多数现有的作品考虑的是2d世界中的uda,但很少有人处理3d世界中的uda。吴等人 [32]在激光雷达点云的三维分割中,对uda采用了激活相关对齐[19]。在这项工作中,本文研究了相同的任务,但不同的是:系统对多模态输入数据(即rgb lidar)进行操作。

在多模态场景的2d/3d语义分割方面,目前还没有uda的研究成果。只有一些人考虑到额外的模式,例如深度,仅在源域上的训练时间可用,并利用这些特权信息来提高适应性能。否则,这里假设所有模式在训练和测试时间在源域和目标域上都可用。

multi-modality learning.

在有监督的设置中,通过融合来自多个源的特征,可以自然地提高性能。几何上最简单的情况是rgb深度融合与密集的像素到像素的二维分割对应[9,26]。将三维点云与二维图像融合起来比较困难,因为它们生活在不同的度量空间中。一种凯发娱发k8的解决方案是将二维和三维特征投影到“鸟瞰图”中进行目标检测[18]。另一种可能性是将多视图图像中的二维特征提升到三维点云,以实现三维语义分割的二维-三维联合处理[23、14、3]。本文更接*于上一系列的工作:共享三维语义分割的相同目标。然而,我们关注的是如何利用多模态来代替有监督的学*,并且只使用单视图图像及其对应的点云。

3d networks for semantic segmentation.

虽然图像是稠密的张量,但三维点云可以用多种方式表示,从而导致相互竞争的网络族并行演化。体素与像素非常相似,但由于大多数体素是空的,因此记忆非常强烈。graham等人[8] 类似的实现[4]通过使用哈希表仅对活动体素卷积来解决这个问题。这允许非常高的分辨率,通常每个体素只有一个点。基于点的网络在连续的三维空间中执行计算,因此可以直接接受点云作为输入。pointnet [21]使用逐点卷积、最大池来计算全局特征和局部邻域聚集,用于类似cnn的分层学*。在这方面已经提出了许多改进,如连续卷积[29]和可变形核[24]。基于图的网络卷积在点云的边上[30]。在这项工作中,本文选择sparse convnet[8]作为3d网络,这是scannet基准上的最新技术[5]。

3.xmuda

跨模态uda(xmuda)的目的是通过在模态之间进行受控信息交换来利用多模态,使模态之间相互学*。在下面,我们定义了基本的监督学*设置,我们的跨模态损失lxm,和附加的伪标签学*方法。loss流量如图3所示。

supervised learning

可以将每个网络流(2d和3d)的分段损失lseg写为:

cross-modal learning

跨模式无监督学*的目标有两个。首先,我们要在目标数据集上将知识从一种模式转移到另一种模式。其次,要在源和目标上设计一个辅助目标,任务是估计其他模态的预测。

选择交叉模块lxm的kl发散角,并按如下定义:

每个网络流(2d和3d)的完整优化目标是源上的分段损失lseg和源上和目标上的交叉模块lxm的组合:

self-training with pseudo-labels

跨模态学*是对伪标记策略[15]的补充,伪标记策略最初用于半监督学*,最*用于uda[17,34]。具体来说,一旦用公式4优化了一个模型,我们就提取出伪标签,根据预测的类别概率选择高度机密的标签。然后,使用生成的伪标签从头开始训练,以便在目标训练集上附加分段损失。实际上,优化问题:

4. experiments

在三个提出的跨模态uda方案上评估xmuda,并与art-uni-modal uda方法的状态进行比较[17]。表1报告了在3个uda方案的目标测试集上3d分割的平均交并(miou)

结果。

定性结果如图6所示,显示了xmuda在所有拟议uda方案中的通用性。图7描绘了各个2d/3d输出,以说明它们各自的强项和弱点,例如,在夜间3d的工作比2d好得多。本文还提供了a2d2到semanickittiscenariottp://tiny.cc/xmuda的视频。

extension to fusion

前面展示了如何使用xmuda改进每种成像方式,因此,softmax平均值也随之增加。然而,如何通过二维和三维特征融合来获得尽可能好的效果呢?

一种常见的融合架构是后期融合,其中来自不同来源的特征被连接起来(参见图4a)。然而,对于xmuda,需要在特征中独立于模态,否则模拟任务变得微不足道。因此,本文提出xmuda融合(参见图4b),其中每个模态具有用于模拟融合预测的单模态预测输出。

在表2中,展示了不同融合的结果。“xmuda fusion w/o pl”由于跨模态学*而优于普通的fusion。

segmentation heads

在下面,我们证明了我们的设计选择两个分割头的永久流,而不是一个单一的方法(见图5a)。在单头架构中,模拟目标直接应用于两个主要预测之间,这两个预测导致弱模态概率的增加和强模态的减少,如图5b中的车辆类别所示。

由于希望对纯跨模态学*进行基准测试,因此实验通常包括无pl的firsttrainingstep。从表3中的结果。xmuda比单头结构有更好的性能,而且在选择好的超参数时也更为可靠,特别是交叉模态损失的重量λt。

5. conclusion

提出xmuda,跨模态无监督域自适应,其中模态相互学*以提高目标域上的性能。设计了一个具有独立主头和模拟头的体系结构,从跨模态学*目标中分离出分段。在新的uda场景下利用2d/3d数据集进行3d语义分割的实验表明,xmuda在很大程度上优于单峰uda,是对伪标签策略的补充。在融合过程中观察到模拟性能的提高。跨模态学*在很多场合和任务中都是有用的,不仅仅限于uda。特别是,它应该有利于监督学*和其他方式,而不是图像和点云。

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