Point cloud learning has lately attracted increasing attention due to its wide applications in many areas, such as computer vision, autonomous driving, and robotics. As a dominating technique in AI, deep learning has been successfully used to solve various 2D vision problems. However, deep learning on point clouds is still in its infancy due to the unique challenges faced by the processing of point clouds with deep neural networks. Recently, deep learning on point clouds has become even thriving, with numerous methods being proposed to address different problems in this area. To stimulate future research, this paper presents a comprehensive review of recent progress in deep learning methods for point clouds. It covers three major tasks, including 3D shape classification, 3D object detection and tracking, and 3D point cloud segmentation. It also presents comparative results on several publicly available datasets, together with insightful observations and inspiring future research directions.

变压器在自然语言处理中的成功最近引起了计算机视觉领域的关注。由于能够学习长期依赖性，变压器已被用作广泛使用的卷积运算符的替代品。事实证明，这种替代者在许多任务中都取得了成功，其中几种最先进的方法依靠变压器来更好地学习。在计算机视觉中，3D字段还见证了使用变压器来增加3D卷积神经网络和多层感知器网络的增加。尽管许多调查都集中在视力中的变压器上，但由于与2D视觉相比，由于数据表示和处理的差异，3D视觉需要特别注意。在这项工作中，我们介绍了针对不同3D视觉任务的100多种变压器方法的系统和彻底审查，包括分类，细分，检测，完成，姿势估计等。我们在3D Vision中讨论了变形金刚的设计，该设计使其可以使用各种3D表示形式处理数据。对于每个应用程序，我们强调了基于变压器的方法的关键属性和贡献。为了评估这些方法的竞争力，我们将它们的性能与12个3D基准测试的常见非转化方法进行了比较。我们通过讨论3D视觉中变压器的不同开放方向和挑战来结束调查。除了提出的论文外，我们的目标是频繁更新最新的相关论文及其相应的实现：https：//github.com/lahoud/3d-vision-transformers。

Point cloud completion is a generation and estimation issue derived from the partial point clouds, which plays a vital role in the applications in 3D computer vision. The progress of deep learning (DL) has impressively improved the capability and robustness of point cloud completion. However, the quality of completed point clouds is still needed to be further enhanced to meet the practical utilization. Therefore, this work aims to conduct a comprehensive survey on various methods, including point-based, convolution-based, graph-based, and generative model-based approaches, etc. And this survey summarizes the comparisons among these methods to provoke further research insights. Besides, this review sums up the commonly used datasets and illustrates the applications of point cloud completion. Eventually, we also discussed possible research trends in this promptly expanding field.

在鸟眼中学习强大的表现（BEV），以进行感知任务，这是趋势和吸引行业和学术界的广泛关注。大多数自动驾驶算法的常规方法在正面或透视视图中执行检测，细分，跟踪等。随着传感器配置变得越来越复杂，从不同的传感器中集成了多源信息，并在统一视图中代表功能至关重要。 BEV感知继承了几个优势，因为代表BEV中的周围场景是直观和融合友好的。对于BEV中的代表对象，对于随后的模块，如计划和/或控制是最可取的。 BEV感知的核心问题在于（a）如何通过从透视视图到BEV来通过视图转换来重建丢失的3D信息； （b）如何在BEV网格中获取地面真理注释； （c）如何制定管道以合并来自不同来源和视图的特征； （d）如何适应和概括算法作为传感器配置在不同情况下各不相同。在这项调查中，我们回顾了有关BEV感知的最新工作，并对不同解决方案进行了深入的分析。此外，还描述了该行业的BEV方法的几种系统设计。此外，我们推出了一套完整的实用指南，以提高BEV感知任务的性能，包括相机，激光雷达和融合输入。最后，我们指出了该领域的未来研究指示。我们希望该报告能阐明社区，并鼓励对BEV感知的更多研究。我们保留一个活跃的存储库来收集最新的工作，并在https://github.com/openperceptionx/bevperception-survey-recipe上提供一包技巧的工具箱。

变压器一直是自然语言处理（NLP）和计算机视觉（CV）革命的核心。 NLP和CV的显着成功启发了探索变压器在点云处理中的使用。但是，变压器如何应对点云的不规则性和无序性质？变压器对于不同的3D表示（例如，基于点或体素）的合适性如何？各种3D处理任务的变压器有多大的能力？截至目前，仍然没有对这些问题的研究进行系统的调查。我们第一次为3D点云分析提供了越来越受欢迎的变压器的全面概述。我们首先介绍变压器体系结构的理论，并在2D/3D字段中审查其应用程序。然后，我们提出三种不同的分类法（即实现 - 数据表示和基于任务），它们可以从多个角度对当前的基于变压器的方法进行分类。此外，我们介绍了研究3D中自我注意机制的变异和改进的结果。为了证明变压器在点云分析中的优势，我们提供了基于各种变压器的分类，分割和对象检测方法的全面比较。最后，我们建议三个潜在的研究方向，为3D变压器的开发提供福利参考。

3D点云的卷积经过广泛研究，但在几何深度学习中却远非完美。卷积的传统智慧在3D点之间表现出特征对应关系，这是对差的独特特征学习的内在限制。在本文中，我们提出了自适应图卷积（AGCONV），以供点云分析的广泛应用。 AGCONV根据其动态学习的功能生成自适应核。与使用固定/各向同性核的解决方案相比，AGCONV提高了点云卷积的灵活性，有效，精确地捕获了不同语义部位的点之间的不同关系。与流行的注意力体重方案不同，AGCONV实现了卷积操作内部的适应性，而不是简单地将不同的权重分配给相邻点。广泛的评估清楚地表明，我们的方法优于各种基准数据集中的点云分类和分割的最新方法。同时，AGCONV可以灵活地采用更多的点云分析方法来提高其性能。为了验证其灵活性和有效性，我们探索了基于AGCONV的完成，DeNoing，Upsmpling，注册和圆圈提取的范式，它们与竞争对手相当甚至优越。我们的代码可在https://github.com/hrzhou2/adaptconv-master上找到。

以视觉为中心的BEV感知由于其固有的优点，最近受到行业和学术界的关注，包括展示世界自然代表和融合友好。随着深度学习的快速发展，已经提出了许多方法来解决以视觉为中心的BEV感知。但是，最近没有针对这个小说和不断发展的研究领域的调查。为了刺激其未来的研究，本文对以视觉为中心的BEV感知及其扩展进行了全面调查。它收集并组织了最近的知识，并对常用算法进行了系统的综述和摘要。它还为几项BEV感知任务提供了深入的分析和比较结果，从而促进了未来作品的比较并激发了未来的研究方向。此外，还讨论了经验实现细节并证明有利于相关算法的开发。

3D object detection from LiDAR point cloud is a challenging problem in 3D scene understanding and has many practical applications. In this paper, we extend our preliminary work PointRCNN to a novel and strong point-cloud-based 3D object detection framework, the part-aware and aggregation neural network (Part-A 2 net). The whole framework consists of the part-aware stage and the part-aggregation stage. Firstly, the part-aware stage for the first time fully utilizes free-of-charge part supervisions derived from 3D ground-truth boxes to simultaneously predict high quality 3D proposals and accurate intra-object part locations. The predicted intra-object part locations within the same proposal are grouped by our new-designed RoI-aware point cloud pooling module, which results in an effective representation to encode the geometry-specific features of each 3D proposal. Then the part-aggregation stage learns to re-score the box and refine the box location by exploring the spatial relationship of the pooled intra-object part locations. Extensive experiments are conducted to demonstrate the performance improvements from each component of our proposed framework. Our Part-A 2 net outperforms all existing 3D detection methods and achieves new state-of-the-art on KITTI 3D object detection dataset by utilizing only the LiDAR point cloud data. Code is available at https://github.com/sshaoshuai/PointCloudDet3D.

由于其在各种领域的广泛应用，3D对象检测正在接受行业和学术界的增加。在本文中，我们提出了从点云的3D对象检测的基于角度基于卷曲区域的卷积神经网络（PV-RCNNS）。首先，我们提出了一种新颖的3D探测器，PV-RCNN，由两个步骤组成：Voxel-to-keyPoint场景编码和Keypoint-to-Grid ROI特征抽象。这两个步骤深入地将3D体素CNN与基于点的集合的集合进行了集成，以提取辨别特征。其次，我们提出了一个先进的框架，PV-RCNN ++，用于更高效和准确的3D对象检测。它由两个主要的改进组成：有效地生产更多代表性关键点的划分的提案中心策略，以及用于更好地聚合局部点特征的vectorpool聚合，具有更少的资源消耗。通过这两种策略，我们的PV-RCNN ++比PV-RCNN快2倍，同时还在具有150米* 150M检测范围内的大型Waymo Open DataSet上实现更好的性能。此外，我们提出的PV-RCNNS在Waymo Open DataSet和高竞争力的基蒂基准上实现最先进的3D检测性能。源代码可在https://github.com/open-mmlab/openpcdet上获得。

Image segmentation is a key topic in image processing and computer vision with applications such as scene understanding, medical image analysis, robotic perception, video surveillance, augmented reality, and image compression, among many others. Various algorithms for image segmentation have been developed in the literature. Recently, due to the success of deep learning models in a wide range of vision applications, there has been a substantial amount of works aimed at developing image segmentation approaches using deep learning models. In this survey, we provide a comprehensive review of the literature at the time of this writing, covering a broad spectrum of pioneering works for semantic and instance-level segmentation, including fully convolutional pixel-labeling networks, encoder-decoder architectures, multi-scale and pyramid based approaches, recurrent networks, visual attention models, and generative models in adversarial settings. We investigate the similarity, strengths and challenges of these deep learning models, examine the most widely used datasets, report performances, and discuss promising future research directions in this area.

最近，融合了激光雷达点云和相机图像，提高了3D对象检测的性能和稳健性，因为这两种方式自然具有强烈的互补性。在本文中，我们通过引入新型级联双向融合〜（CB融合）模块和多模态一致性〜（MC）损耗来提出用于多模态3D对象检测的EPNet ++。更具体地说，所提出的CB融合模块提高点特征的丰富语义信息，以级联双向交互融合方式具有图像特征，导致更全面且辨别的特征表示。 MC损失明确保证预测分数之间的一致性，以获得更全面且可靠的置信度分数。基蒂，JRDB和Sun-RGBD数据集的实验结果展示了通过最先进的方法的EPNet ++的优越性。此外，我们强调一个关键但很容易被忽视的问题，这是探讨稀疏场景中的3D探测器的性能和鲁棒性。广泛的实验存在，EPNet ++优于现有的SOTA方法，在高稀疏点云壳中具有显着的边距，这可能是降低LIDAR传感器的昂贵成本的可用方向。代码将来会发布。

Due to object detection's close relationship with video analysis and image understanding, it has attracted much research attention in recent years. Traditional object detection methods are built on handcrafted features and shallow trainable architectures. Their performance easily stagnates by constructing complex ensembles which combine multiple low-level image features with high-level context from object detectors and scene classifiers. With the rapid development in deep learning, more powerful tools, which are able to learn semantic, high-level, deeper features, are introduced to address the problems existing in traditional architectures. These models behave differently in network architecture, training strategy and optimization function, etc. In this paper, we provide a review on deep learning based object detection frameworks. Our review begins with a brief introduction on the history of deep learning and its representative tool, namely Convolutional Neural Network (CNN). Then we focus on typical generic object detection architectures along with some modifications and useful tricks to improve detection performance further. As distinct specific detection tasks exhibit different characteristics, we also briefly survey several specific tasks, including salient object detection, face detection and pedestrian detection. Experimental analyses are also provided to compare various methods and draw some meaningful conclusions. Finally, several promising directions and tasks are provided to serve as guidelines for future work in both object detection and relevant neural network based learning systems.

点云的Panoptic分割是一种重要的任务，使自动车辆能够使用高精度可靠的激光雷达传感器来理解其附近。现有的自上而下方法通过将独立的任务特定网络或转换方法从图像域转换为忽略激光雷达数据的复杂性，因此通常会导致次优性性能来解决这个问题。在本文中，我们提出了新的自上而下的高效激光乐光线分割（有效的LID）架构，该架构解决了分段激光雷达云中的多种挑战，包括距离依赖性稀疏性，严重的闭塞，大规模变化和重新投影误差。高效地板包括一种新型共享骨干，可以通过加强的几何变换建模容量进行编码，并聚合语义丰富的范围感知多尺度特征。它结合了新的不变语义和实例分段头以及由我们提出的Panoptic外围损耗功能监督的Panoptic Fusion模块。此外，我们制定了正则化的伪标签框架，通过对未标记数据的培训进行进一步提高高效性的性能。我们在两个大型LIDAR数据集中建议模型基准：NUSCENES，我们还提供了地面真相注释和Semantickitti。值得注意的是，高效地将在两个数据集上设置新的最先进状态。

它得到了很好的认识到，从深度感知的LIDAR点云和语义富有的立体图像中融合互补信息将有利于3D对象检测。然而，探索稀疏3D点和密集2D像素之间固有的不自然相互作用并不重要。为了简化这种困难，最近的建议通常将3D点投影到2D图像平面上以对图像数据进行采样，然后聚合点处的数据。然而，这种方法往往遭受点云和RGB图像的分辨率之间的不匹配，导致次优性能。具体地，作为多模态数据聚合位置的稀疏点导致高分辨率图像的严重信息丢失，这反过来破坏了多传感器融合的有效性。在本文中，我们呈现VPFNET - 一种新的架构，可以在“虚拟”点处巧妙地对齐和聚合点云和图像数据。特别地，它们的密度位于3D点和2D像素的密度之间，虚拟点可以很好地桥接两个传感器之间的分辨率间隙，从而保持更多信息以进行处理。此外，我们还研究了可以应用于点云和RGB图像的数据增强技术，因为数据增强对迄今为止对3D对象探测器的贡献不可忽略。我们对Kitti DataSet进行了广泛的实验，与最先进的方法相比，观察到了良好的性能。值得注意的是，我们的VPFNET在KITTI测试集上实现了83.21 \％中等3D AP和91.86 \％适度的BEV AP，自2021年5月21日起排名第一。网络设计也考虑了计算效率 - 我们可以实现FPS 15对单个NVIDIA RTX 2080TI GPU。该代码将用于复制和进一步调查。

基于激光雷达的3D单一对象跟踪是机器人技术和自动驾驶中的一个具有挑战性的问题。当前，现有方法通常会遇到长距离对象通常具有非常稀疏或部分倾斜的点云的问题，这使得模型含糊不清。模棱两可的功能将很难找到目标对象，并最终导致不良跟踪结果。为了解决此问题，我们使用功能强大的变压器体系结构，并为基于点云的3D单一对象跟踪任务提出一个点轨转换器（PTT）模块。具体而言，PTT模块通过计算注意力重量来生成微调的注意力特征，该功能指导追踪器的重点关注目标的重要功能，并提高复杂场景中的跟踪能力。为了评估我们的PTT模块，我们将PTT嵌入主要方法中，并构建一个名为PTT-NET的新型3D SOT跟踪器。在PTT-NET中，我们分别将PTT嵌入了投票阶段和提案生成阶段。投票阶段中的PTT模块可以模拟点斑块之间的交互作用，该点贴片学习上下文依赖于上下文。同时，提案生成阶段中的PTT模块可以捕获对象和背景之间的上下文信息。我们在Kitti和Nuscenes数据集上评估了PTT-NET。实验结果证明了PTT模块的有效性和PTT-NET的优越性，PTT-NET的优势超过了基线，在CAR类别中〜10％。同时，我们的方法在稀疏场景中也具有显着的性能提高。通常，变压器和跟踪管道的组合使我们的PTT-NET能够在两个数据集上实现最先进的性能。此外，PTT-NET可以在NVIDIA 1080TI GPU上实时以40fps实时运行。我们的代码是为研究社区开源的，网址为https://github.com/shanjiayao/ptt。

随着LIDAR传感器在自动驾驶中的流行率，3D对象跟踪受到了越来越多的关注。在点云序列中，3D对象跟踪旨在预测给定对象模板中连续帧中对象的位置和方向。在变压器成功的驱动下，我们提出了点跟踪变压器（PTTR），它有效地预测了高质量的3D跟踪，借助变压器操作，以粗到1的方式导致。 PTTR由三个新型设计组成。 1）我们设计的关系意识采样代替随机抽样，以在亚采样过程中保留与给定模板相关的点。 2）我们提出了一个点关系变压器，以进行有效的特征聚合和模板和搜索区域之间的特征匹配。 3）基于粗糙跟踪结果，我们采用了一个新颖的预测改进模块，通过局部特征池获得最终的完善预测。此外，以捕获对象运动的鸟眼视图（BEV）的有利特性（BEV）的良好属性，我们进一步设计了一个名为PTTR ++的更高级的框架，该框架既包含了点的视图和BEV表示）产生高质量跟踪结果的影响。 PTTR ++实质上提高了PTTR顶部的跟踪性能，并具有低计算开销。多个数据集的广泛实验表明，我们提出的方法达到了卓越的3D跟踪准确性和效率。

深度完成旨在预测从深度传感器（例如Lidars）中捕获的极稀疏图的密集像素深度。它在各种应用中起着至关重要的作用，例如自动驾驶，3D重建，增强现实和机器人导航。基于深度学习的解决方案已经证明了这项任务的最新成功。在本文中，我们首次提供了全面的文献综述，可帮助读者更好地掌握研究趋势并清楚地了解当前的进步。我们通过通过对现有方法进行分类的新型分类法提出建议，研究网络体系结构，损失功能，基准数据集和学习策略的设计方面的相关研究。此外，我们在包括室内和室外数据集（包括室内和室外数据集）上进行了三个广泛使用基准测试的模型性能进行定量比较。最后，我们讨论了先前作品的挑战，并为读者提供一些有关未来研究方向的见解。

深度学习技术导致了通用对象检测领域的显着突破，近年来产生了很多场景理解的任务。由于其强大的语义表示和应用于场景理解，场景图一直是研究的焦点。场景图生成（SGG）是指自动将图像映射到语义结构场景图中的任务，这需要正确标记检测到的对象及其关系。虽然这是一项具有挑战性的任务，但社区已经提出了许多SGG方法并取得了良好的效果。在本文中，我们对深度学习技术带来了近期成就的全面调查。我们审查了138个代表作品，涵盖了不同的输入方式，并系统地将现有的基于图像的SGG方法从特征提取和融合的角度进行了综述。我们试图通过全面的方式对现有的视觉关系检测方法进行连接和系统化现有的视觉关系检测方法，概述和解释SGG的机制和策略。最后，我们通过深入讨论当前存在的问题和未来的研究方向来完成这项调查。本调查将帮助读者更好地了解当前的研究状况和想法。

目前，现有的最先进的3D对象检测器位于两阶段范例中。这些方法通常包括两个步骤：1）利用区域提案网络以自下而上的方式提出少数高质量的提案。 2）调整拟议区域的语义特征的大小和汇集，以总结Roi-Wise表示进一步改进。注意，步骤2中的这些ROI-WISE表示在馈送到遵循检测标题之后，在步骤2中的循环表示作为不相关的条目。然而，我们观察由步骤1所产生的这些提案，以某种方式从地面真理偏移，在局部邻居中兴起潜在的概率。在该提案在很大程度上用于由于坐标偏移而导致其边界信息的情况下出现挑战，而现有网络缺乏相应的信息补偿机制。在本文中，我们向点云进行了3D对象检测的$ BADET $。具体地，而不是以先前的工作独立地将每个提议进行独立地改进每个提议，我们将每个提议代表作为在给定的截止阈值内的图形构造的节点，局部邻域图形式的提案，具有明确利用的对象的边界相关性。此外，我们设计了轻量级区域特征聚合模块，以充分利用Voxel-Wise，Pixel-Wise和Point-Wise特征，具有扩展的接收领域，以实现更多信息ROI-WISE表示。我们在广泛使用的基提数据集中验证了坏人，并且具有高度挑战的Nuscenes数据集。截至4月17日，2021年，我们的坏账在基蒂3D检测排行榜上实现了Par表演，并在Kitti Bev检测排行榜上排名在$ 1 ^ {st} $ in $ superge $难度。源代码可在https://github.com/rui-qian/badet中获得。

作为许多自主驾驶和机器人活动的基本组成部分，如自我运动估计，障碍避免和场景理解，单眼深度估计（MDE）引起了计算机视觉和机器人社区的极大关注。在过去的几十年中，已经开发了大量方法。然而，据我们所知，对MDE没有全面调查。本文旨在通过审查1970年至2021年之间发布的197个相关条款来弥补这一差距。特别是，我们为涵盖各种方法的MDE提供了全面的调查，介绍了流行的绩效评估指标并汇总公开的数据集。我们还总结了一些代表方法的可用开源实现，并比较了他们的表演。此外，我们在一些重要的机器人任务中审查了MDE的应用。最后，我们通过展示一些有希望的未来研究方向来结束本文。预计本调查有助于读者浏览该研究领域。