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第三回 全日本コンピュータビジョン勉強会(後編)

 第三回 全日本コンピュータビジョン勉強会(後編)

論文:RandLA-Net: Efficient Semantic Segmentation of Large-Scale Point Clouds

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TSUKAMOTO Kenji

July 18, 2020
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  1. RandLA-Net: Efficient Semantic Segmentation of Large-Scale Point Clouds 2020/07/18 第三回

    全日本コンピュータビジョン勉強会(後編)
  2. RandLA-Net: Efficient Semantic Segmentation of Large-Scale Point Clouds ◼CVPR 2020

    (Oral) ◼3次元点群のセグメンテーション ◼Local Feature Aggregationを提案 ◦ 従来手法より早く、大規模点群(~106)が扱えるようになった ◼https://arxiv.org/abs/1911.11236
  3. 目的 ◼大規模な点群を直接処理する ◦ ブロック分割やブロック統合といった前処理を行わない ◦ 出来る限り本来の幾何構造を保持 ◼計算・メモリ効率性 ◦ 高負荷な前処理やメモリ容量が必要なVoxel化は行わない ◦

    大規模点群をsingle passで推論する ◼正確性&可用性 ◦ 複雑な幾何学的構造物から顕著な特徴を保持する ◦ 空間サイズや点数の異なる入力点群を処理できる
  4. 従来のサンプリング手法 Heuristic Sampling ◼Farthest Point Sampling (FPS) ⚫互いに最も離れた点パターンを選択する反復法で、広く使われている ⚫ Pros:点群の構造を保持する

    ⚫ Cons:計算負荷O(N2) ◼Inverse Density Importance Sampling (IDIS) ⚫各点の密度に応じて点群を並べ替え、上位M個の点を選択する ⚫ Pros:密度制御 ⚫ Cons:計算負荷O(N)、ノイズに敏感 ◼Random Sampling (RS) ⚫N個の点群から一様にM個の点を選択。各点は同確率で扱う ⚫ Pros:計算負荷O(1)、メモリ使用量少ない ⚫ Cons:有用な特徴を捨てる可能性がある
  5. 従来のサンプリング手法 Learning-based Sampling ◼Generator-based Smapling (GS) ⚫元の大きな点集合を近似的に表現するために、小さな点集合を生成することを学習 ⚫推論時は点の元の集合と部分集合をFPSでマッチング ⚫ Pros:データに基づくサンプリングができる

    ⚫ Cons:マッチングにFPSを使うため計算負荷が高い ◼Continuous Relaxation based Sampling (CRS) ⚫重み付きサンプリング手法で、重み行列を学習 ⚫ Pros: End-to-Endで学習できる ⚫ Cons: 重み行列のメモリ使用量が膨大 ◼Policy Gradient based Sampling (PGS) ⚫マルコフ決定過程に基づいて、各サンプル点の確率を学習 ⚫ Pros:効果的にサンプリングポリシーを学習 ⚫ Cons:大規模点群の学習では収束しにくい
  6. RandLA-Net Architecture ◼Skip connectionを持つ3D encoder-decoderアーキテクチャ ◼入力は特徴d(xyz,ないしはxyz-rgb)を持つ点群N ◼4つのencode-decode層と3つのFC層 ◼ エンコード層のダウンサンプリングで点数は1/4 ◼

    デコード層はクエリ点とその近傍点の特徴を連結してアップサンプリングし、 skip connectionで中間特徴と連結しshared MLPを適用する ◼ FC層(Dropout:0.5)を通して、クラスラベルを予測する ◼出力は各点に対してクラスラベル(N, nclass ) FC: Full-Connected layer LFA: Local Feature Aggregation RS: Random Sampling US: Up Sampling MLP: Multi-Layer Perceptron DP: Dropout
  7. 実験 ◼実験 ◦ CPU:AMD 3700X @3.6GHz ◦ GPU:RTX2080Ti ◼データセット ◦

    SemanticKITTI ◦ Semantic3D ◦ S3DIS ◼評価 ◦ 効率性:処理時間、メモリ使用量 ◦ セグメンテーション精度 ◼コード ◦ https://github.com/QingyongHu/RandLA-Net
  8. Ablation Study ◼LFAのablation styudyをSemanticKITTIで確認 ◦ LocSEの除去 (1) ◦ Attentive Poolingの置き換え(max/mean/sum

    pooling) (2)~(4) ◦ Dilated residual blockを1つにする (5) ◼実験結果 ◦ Dilated residual blockを1つにするとより広い空間情報を保持できない ◦ LocSEを除去すると、幾何構造を効果的に学習できていないと推測 ◦ Attentive poolingは有用特徴を保持している
  9. まとめ ◼提案手法 ◦ 前処理なしの点群セグメンテーション ◦ 大規模点群を扱うことが出来る ◦ 局所空間で点群の特徴を集約する手法を提案 ◦ Random

    samplingを活用 ◼結果 ◦ 最先端手法と同等性能 ◦ 大規模点群(~106 )をsingle pathで高速に処理可能
  10. Appendix Additional Ablation Studies on LocSE ◼LocSEにおける近傍点をまとめる符号化式を変更時のsemanticKITTIのmIoU評価 1. のみ符号化 2.

    のみ符号化 3. と を符号化 4. と と を符号化 5. と と を符号化 LocSE符号化を変更した結果
  11. Appendix Additional Ablation Studies on Dilated Residual Block ◼Dilated Residual

    Blocの数を変更した場合 ◦ 1層のLocSEとAttentive Pooling unit ◦ 3層のLocSEとAttentive Pooling unit ◦ 2層のLocSEとAttentive Pooling unit ◼1層のaggregation unitだと性能が低下(点がうまく集約されていない) ◼3層のaggregation unitだとパラメータがoverfitしている Dilated Residual Blockの数を変更