基于深度学习的三维点云语义分割算法研究

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在计算机视觉领域,基于三维点云的场景理解受到了大多研究人员的青睐,其中,三维点云语义分割技术被广泛应用在室内场景分析、机器人环境感知、自动驾驶等领域。早期的三维点云语义分割方法主要采用数学计算的方式将场景分割成多个不重叠的区域,但是,这种方法的准确性容易受到噪声和场景复杂度的影响,不具有良好的鲁棒性。最近,随着Point Net网络的提出,基于深度学习技术对三维点云进行端到端的处理方式逐渐成为主流,但仍然存在一些不足,主要问题在于忽略了对边缘区域分割效果的考虑,也无法保证对点云特征的有效提取。针对上述问题,本文探索了基于深度学习的三维点云语义分割和特征提取的研究,主要工作和贡献如下:(1)为了解决无法对边缘进行有效分割的问题,本文提出了一个基于语义搜索和超点注意力的三维点云语义分割网络模型。首先,本文利用语义搜索的方式来定义超点中心坐标和特征,确保了超点内点语义一致性;其次,本文在超点分割阶段利用注意力机制的方式来提取不同级别特征,进而实现超点的语义分割;然后,通过标签反馈模块将分割结果作用于每个点上;最后,实验证明了本方法的语义分割结果要优于其他点云分割方法,网络模型也具有良好的鲁棒性。(2)为了解决关键特征提取不足的问题,本文提出了一个可插槽的基于多尺度信息融合的特征提取模块。首先,该模块适用于不同分辨率下的场景,可以将输入的点云数据转换为高维空间的特征序列;其次,本文在通道融合中利用自注意力机制的方式关注维度通道之间的关联性,进而增强点特征信息;然后,本文在空间融合中对特征相似性进行分析,进而获取点云的几何结构信息和上下文依赖信息;最后,实验证明了本模块的复用性和有效性,同时也证明了基于该模块的网络模型对三维场景的理解能力。
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