Transformer統一化3D目標偵測基於體素的表徵

arXiv論文“Unifying Voxel-based Representation with Transformer for 3D Object Detection“，22年6月，香港中文大學、香港大學、曠視科技（紀念孫劍博士）和思謀科技等。

本文提出一個統一的多模態3-D目標偵測框架，稱為UVTR。此方法旨在統一體素空間的多模態表示，實現準確、穩健的單模態或跨模態3-D檢測。為此，首先設計模態特定空間來表示體素特徵空間的不同輸入。在不進行高度資訊（height）壓縮的情況下保留體素空間，減輕語義歧義並實現空間交互作用。基於這種統一方式，提出跨模態交互，充分利用不同感測器的固有特性，包括知識遷移和模態融合。透過這種方式，可以很好地利用點雲的幾何-覺察表達式和影像中上下文豐富的特徵，獲得更好的性能和穩健性。

transformer解碼器用於從具備可學習位置的統一空間中高效取樣特徵，這有助於目標級互動。一般來說，UVTR代表在統一框架中表示不同模態的早期嘗試，在單模態和多模態輸入方面優於以往的工作，在nuScenes測試集上取得了領先的性能，激光雷達、相機和多模態輸出的NDS分別為69.7%、55.1%和71.1%。

程式碼：https://github.com/dvlab-research/UVTR.

如圖所示：

在表徵統一過程中，可以大致分為輸入級流和特徵級流的表示。對於第一種方法，多模態資料在網路開始時對齊。特別是，圖（a）中的偽點雲是從預測深度輔助的影像轉換而來的，而圖（b）中的距離視圖影像是從點雲投影而來的。由於偽點雲的深度不準確和距離視圖影像中的3-D幾何塌陷，資料的空間結構受到破壞，從而導致較差的結果。對於特徵級方法，典型的方法是將影像特徵轉換為截錐（frustum），然後壓縮到BEV空間，如圖（c）所示。然而，由於其類似射線的軌跡，每個位置的高度資訊（height）壓縮聚合了各種目標的特徵，因此引入了語義多義。同時，他隱式方式很難支援3-D空間中的顯式特徵交互，並限制進一步的知識遷移。因此，需要一種更統一的表示法來彌合模態的差距，並促進多方面的互動。

本文所提出的框架，將基於體素的表示與transformer統一。特別是，在基於體素的顯式空間中影像和點雲的特徵表徵和交互作用。對於影像，根據預測的深度和幾何約束，從影像平面採樣特徵來建構體素空間，如圖（d）所示。對於點雲，準確的位置自然允許特徵與體素相關聯。然後，引入體素編碼器進行空間交互，建立相鄰特徵之間的關係。這樣，跨模態交互作用自然地與每個體素空間的特徵進行。對於目標級交互，採用可變形transformer作為解碼器，對統一體素空間中每個位置（x、y、z）的目標查詢特定特徵進行取樣，如圖（d）所示。同時，3-D查詢位置的引入有效地緩解了BEV空間中高度資訊（height）壓縮帶來的語意多義。

如圖是多模態輸入的UVTR架構：給定單幀或多幀影像和點雲，首先在單一主幹處理，並將其轉換為特定於模態的空間VI和VP，其中視圖轉換用於影像。在體素編碼器中，特徵在空間上相互作用，並且 知識遷移在訓練期間易於支援。根據不同的設置，透過模態開關選擇單模態或多模態特徵。最後，從具備可學習位置的統一空間VU中取樣特徵，利用transformer解碼器進行預測。

如圖是視圖變換的細節：

#如圖是知識遷移的細節：

實驗結果如下：

以上是Transformer統一化3D目標偵測基於體素的表徵的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！