融合几何特征与全局关系的室内点云语义分割

为充分提取3D点云的深层特征以提高复杂室内点云场景的语义分割精度，提出一种结合局部特征和全局特征的室内点云语义分割网络GSFNet.在局部特征部分，加入几何特征信息，并设计几何与语义特征信息编码模块，以更好地捕获室内点云局部信息.对全局特征部分，在编码解码器结构中间层加入全局关系依赖模块，构建不同邻域对象之间的关系提取有效分割信息.使用斯坦福大规模室内数据集(S3DIS)进行实验验证，在测试数据集上测试的总体精度(OA)和平均交并比(mIoU)分别为87.2%和61.1%,实验结果表明，GSFNet对复杂室内环境有较好的语义分割效果.     

三维点云室内场景的语义实例联合分割网络

针对点云分割网络无法在复杂的室内场景中实现高精度分割的问题,本文设计了一种基于深度学习的语义实例联合分割网络,同时完成三维点云数据的语义分割和实例分割任务,主要包含多任务学习主干网络、特征融合模块和语义实例特征联合模块等。特征融合模块通过跳跃连接融合多个网络层,分别融合2个任务各自不同级别的特征,加强网络对数据中包含的信息的整合,并选取大型室内场景数据集S3DIS和部件分割数据集ShapeNet进行对比实验。实验结果显示,网络在数据集S3DIS的语义分割的总体准确率为86.5%,在数据集ShapeNet的语义分割类别交并比为83.1%,在数据集S3DIS的实例分割的平均精度为60.8%。语义实例特征联合模块通过多任务级的特征联合增加语义和实例的判别特征,提高了点云的语义分割和实例分割的准确率。     

一种3D点云分割改进型边缘特征提取网络

针对点云分割中边缘特征提取不足导致局部特征信息不完整、整体分割精度下降的问题,提出一种3D点云分割改进型边缘特征提取网络.为提升边缘特征表达能力,对深层边缘特征提取层做出改进,引入基于残差结构改进的多层感知机结构,形成边缘特征提取单元,该单元将原始点云特征与多层感知机提取边缘特征相融合,获取更加丰富完整的边缘信息,提高3D点云分割网络模型精度.在Shapenet数据集上的实验结果表明,提出的3D点云分割改进型边缘特征提取网络优于现存同类方法,相较于LDGC-NN链接动态图网络,点云分割准确率提升了1.17％.     

结合位置关系卷积与深度残差网络的三维点云识别与分割

针对现有点云识别与分割算法因忽视点的位置特征和局部几何特征关系而导致难以捕获具有鉴别力的局部几何信息的问题,提出基于位置关系深度残差神经网络的三维点云识别与分割算法。将原始点云嵌入到高维空间并获取其高维特征;将点云的高维特征输入位置关系卷积实现局部邻域内当前点特征与位置几何特征的信息交流,并通过深度残差模块强化提取到的深层语义特征,分层重复以上步骤可逐步得到点云的高级上下文语义特征;通过全连接层与解码器,得到点云的识别与分割结果。实验结果表明,所提算法在ModelNet40点云分类数据集的识别精度达到了93.9%,在ShapeNet Part点云部件语义分割数据集的平均交并比达到了86.0%。所提算法能够提取三维点云的关键特征信息,具有较好的三维点云识别与分割能力。     

多特征融合的道路场景语义分割算法

为提升道路场景语义分割的性能以及实际应用性,本文将传统的图像处理算法与深度学习技术相结合,提出了一种多特征融合的轻量级道路场景语义分割网络模型。该模型首先利用颜色空间转化、图像均衡化、边缘检测等算法来对图像多种特征信息进行增强;其次,以深度可分离卷积为基本单元搭建高效率特征提取结构,对特征增强后的图像进行信息融合和提取,并结合跳层上采样操作完成初步分割;最后,引入边缘检测支路来对分割图像的目标边界信息进行细化,保障网络高精度分割。通过实验结果表明,所提网络在分割精度、计算效率上得到了较好的平衡,同时,在实际变电站道路场景应用中,该网络也能实现高效语义分割,为巡检机器人提供有效的道路信息。     

基于特征融合注意力的小样本语义分割算法

针对小样本语义分割任务中对查询图片的信息利用不充分的问题，提出一种基于特征融合注意力的小样本语义分割算法。首先，利用共享主干网络编码支持图片和查询图片，从而获取图片的深度特征；然后，利用注意力机制获取支持特征和查询特征的强关联语义信息，从而构造任务注意力特征图；最后，提出一种多特征注意力融合模块，它能够自适应融合多种特征的深层语义信息并进行特征解码，从而获取目标物体的分割掩码。在PASCAL-5ⁱ和COCO-20ⁱ公开数据集进行了实验，结果表明，所提出模型比当前主流的小样本语义分割模型在1-way 1-shot和1-way 5-shot任务中分割得更加精准，尤其是在更具有挑战性的COCO-20ⁱ数据集上，所提出模型在1-shot的设定下达到了28.8%的mIoU和62.1%的FB-IoU,在5-shot设定下达到了36.9%的mIoU和64.8%的FB-IoU。     

基于改进PointNet的空调散热器V形槽3D点云分割算法

针对给空调散热器自动化点胶时无法准确识别散热器V形槽位置的问题,基于PointNet网络的散热器V形槽语义分割方法,首先针对散热器点云V形槽区域与内部区域特征相似的问题,设计一种通过提取点云边缘将点云边缘区域的点云与内部区域的点云分别进行预处理的方法,实现突出点云边缘区域特征的目的。其次,在PointNet网络最大池化函数的基础上,引入平均池化函数,增加网络所提取的全局特征的特征信息,减少因最大池化引起的信息丢失,并去除T-Net变换网络,减少网络的复杂度。从实验室平台采集空调散热器样本进行实验,结果表明,改进算法的平均交并比(mean intersection over union, mIoU)达到78.17%,总体精度(overall accuracy, OA)达到了92.01%,相较于PointNet提高了9.73%和6.37%,验证了算法的有效性。     

基于多尺度特征提取的图像语义分割

指出了基于深度学习的图像语义分割中,如何充分利用图像上下文信息以达到更好的分割效果,是当前图像语义分割研究的关键问题.为解决这一问题,提出了一种基于多尺度特征提取的图像语义分割方法,通过构建深层卷积神经网络,并利用不同尺度图像作为网络的输入来提取不同尺度图像的特征,最后经过特征融合得到了分割图.在公开数据集Stanford background dataset 8类数据集上进行训练和验证,实验结果达到了84.33%的准确率.实验表明:通过提取和融合多尺度特征,可以达到更好的图像语义分割效果.     

基于混合神经网络的脑部MRI图像语义分割算法

针对传统医学图像对缺乏标注的数据进行自动分割时存在分割精度不高、边缘模糊等问题,提出了一种利用混合神经网络对脑部核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)的图像进行语义分割的算法。利用仿射网络对脑部MRI图像进行线性几何变换,基于卷积神经网络进行3D医学图像仿射变换,加入稠密模块减轻梯度消失和加强特征传递问题; 通过空间转换网络对脑部MRI进行空间转换,基于图谱的分割法获得脑部图像的分割结果。采用MICCAI的公共数据集BraTs2019进行实验验证,结果表明,算法可由脑部肿瘤MRI图像获得较好的分割精度和分割效率,为脑部MRI图像语义分割的研究提供一种新的实验方案。     

基于目标检测的单目视觉半稠密语义地图构建

传统的视觉SLAM系统在机器人定位和制图工作中取得了显著的成功,但存在着缺乏场景信息、地图过于稀疏、单目相机初始化困难等亟待解决的问题。本文提出了MNS-SLAM（Monocular-semantic SLAM）,将目标检测算法与单目视觉SLAM（同时定位与地图构建）技术相结合,进而构建有助于环境理解的半稠密语义地图。首先,通过目标检测网络YOLOv4检测对象获取边界框和类别信息,通过消失点算法和二次曲面恢复算法由2D目标检测恢复出3D长方体及二次曲面,实现3D物体的位姿初始化。同时,引入了目标间相对位姿不变性的语义约束,构造了语义损失函数,将其添加到BA优化中,最后通过增量式3D线段提取,构建带有物体语义信息的半稠密地图。文中方法在TUM公开数据集和真实场景中进行试验,不仅构建了半稠密地图,同时添加了语义信息,为后端的优化提供了新的约束,相机的绝对和相对位姿误差表现出优于单目ORB-SLAM2的性能,有助于搭载单目相机的移动机器人感知和理解环境,执行更复杂的任务。     

基于局部感知的点云语义分割方法

点云语义分割技术是点云数据处理、三维场景理解与分析的有效手段之一。针对点云场景中局部形态各异,导致网络模型识别特征困难的问题,提出了邻域分布关系学习和混合尺度融合的方法,来增强局部感知能力。在卷积算子思想的基础上,根据邻域内所有点在三个坐标轴方向上的联合分布,学习其在高维特征层面的关系,从而捕获局部的整体相关性。此外,将包含小范围底层特征和大范围深层特征的邻域进行整体融合,有效保留不同层级的特征,并能够辅助网络修正相似或错误特征。在场景分割数据集S3DIS、ScanNet上进行实验验证,结果表明该方法在总体精度和类均精度的评价指标上均有提升,证明了其有效性。     

Fusing Geometrical and Visual Information via Superpoints for the Semantic Segmentation of 3D Road Scenes

This paper addresses the problem of the semantic segmentation of large-scale 3D road scenes by incorporating the complementary advantages of point clouds and images.To make full use of geometrical and visual information, this paper extracts 3D geometric features from a point cloud using a deep neural network for 3D semantic segmentation and extracts 2D visual features from images using a Convolutional Neural Network(CNN)for 2D semantic segmentation.In order to bridge the features of the two modalities, this paper uses superpoints as an intermediate representation to connect the 2D features with the 3D features.A superpoint-based pooling method is proposed to fuse the features from the two different modalities for joint learning.To evaluate the approach, the paper generates 3D scenes from the Virtual KITTI dataset.The results of the experiments demonstrate that the proposed approach is capable of segmenting large-scale 3D road scenes based on the compact and semantically homogeneous superpoints, and that it achieves considerable improvements over the 2D image and 3D point cloud semantic segmentation methods.     

基于轻量级MobileNetV2-DeeplabV3+的棒材分割方法

针对当前语义分割模型为提升像素分割精度,不断增加算法复杂度,导致模型出现参数量大,耗时长,难以部署至工业现场等问题,提出一种基于轻量级MobileNetV2-DeeplabV3+模型的棒材分割算法。算法为平衡像素分割精度、模型参数量和算法检测速度,在原网络基础上做出一系列改进：将原有的Xception主干网络替换为轻量级MobileNetV2网络以降低模型参数量与计算复杂度;在空洞空间金字塔池化(ASPP)模块基础上密集连接各空洞卷积以获得更大的感受野,更加密集的像素采样,并扩大输出特征覆盖的语义信息;使用深度可分离卷积(DSConv)替代ASPP模块中的标准卷积进一步降低模型的计算复杂度;此外,引入有效通道注意力(ECA)模块聚焦目标边缘特征,增强特征图通道信息提取的效果。实验表明：改进后的模型在棒材数据集下平均交并比(MIOU)为89.37%,平均像素精度(MPA)为94.57%,帧率(FPS)为33.09帧/s,模型参数量为33.6 M。与U-net、M-PSPNet、M-DeeplabV3+等模型相比,改进后算法的MIOU值与MPA值略低于最佳值,但仍处于较高水准,模型参数量小...     

基于异质传感器信息融合的移动机器人SLAM研究

针对采用单一传感器在移动机器人同步定位与构图(SLAM)中存在定位精度低、构图不完整等问题,提出一种基于Kinect视觉传感器和激光传感器信息融合的SLAM算法。首先将Kinect传感器获取的深度图像经过坐标系转换得到三维点云、通过限制垂直方向滤波器过滤三维点云的高度信息、再将剩余三维点云投影到水平面并提取边界点云信息转化为激光扫描数据;然后与激光传感器的扫描数据进行数据级的信息融合;最后输出统一数据实现移动机器人的构图及自主导航。实验结果表明,该方法能够准确的检测小的及特征复杂的障碍物,能够构建更精确、更完整的环境地图,且更好地完成移动机器人自主导航任务。     

基于深度残差网络的医学超声图像多尺度边缘检测算法

为提高医学超声图像在临床诊断的效果, 需先对图像进行优化检测和识别, 提出一种基于深度残差网络的医学超声图像多尺度边缘检测算法. 首先, 通过对原始医学超声图像进行自动标注, 构建医学超声图像灰度分布矩阵, 利用分布矩阵完成医学超声图像的多尺度分割; 其次, 构建医学超声图像多尺度边缘的轮廓模型, 提取多尺度图像边缘特征; 再次, 构建深度残差网络结构, 采用深度残差学习算法进行超声图像的底层图像信息融合; 最后, 对融合后的边缘图像数据进行多尺度边缘检测. 实验结果表明, 该算法的图像分割精度高, 特征提取准确率达80%以上, 图像边界中间断区检测效果较好, 边缘点查全性较高, 算法检测耗时短、收敛性强.     

高斯函数约束下的多判别参数散乱点云边缘检测

设计一种散乱点云数据边缘检测算法,从而快速、精确地提取边缘特征.该算法以点云的局部特征为基础,通过分析点云数据各点的法向特性,构建各点k近邻法向夹角特征、曲率特征、距离特征,并在高斯函数的约束下完成点云边缘特征的检测.利用公共数据进行多组实验,对比不同算法下的检测效果.结果表明:该算法提取点云边缘特征的速度更快、效果更好.