深度学习的关键批评之一是，需要大量昂贵且难以获得的训练数据，以便培训具有高性能和良好的概率功能的模型。专注于通过场景坐标回归（SCR）的单眼摄像机姿势估计的任务，我们描述了一种新的方法，用于相机姿势估计（舞蹈）网络的域改编，这使得培训模型无需访问目标任务上的任何标签。舞蹈需要未标记的图像（没有已知的姿势，订购或场景坐标标签）和空间的3D表示（例如，扫描点云），这两者都可以使用现成的商品硬件最少的努力来捕获。舞蹈渲染从3D模型标记的合成图像，通过应用无监督的图像级域适应技术（未配对图像到图像转换）来桥接合成和实图像之间的不可避免的域间隙。在实际图像上进行测试时，舞蹈培训的SCR模型在成本的一小部分中对其完全监督的对应物（在两种情况下使用PNP-RANSAC进行最终姿势估算的情况下）进行了相当的性能。我们的代码和数据集可以在https://github.com/jacklangerman/dance获得
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跨场型模型适应对于在实际场景中的摄像机重新定位至关重要。通常，最好将预学的模型快速适应新颖的场景，并尽可能少地训练样本。但是，由于图像特征提取和场景坐标回归的纠缠，现有的最新方法几乎不能支持如此少的场景适应。为了解决此问题，我们使用解耦的解决方案接近摄像机重新定位，在该解决方案中，分别执行特征提取，坐标回归和姿势估计。我们的关键见解是，应通过删除坐标系的分心因子来学习用于坐标回归的功能编码器，从而从多个场景中学到了特征编码器，以获得一般特征表示和更重要的，不敏感的功能。具有此功能先验，并与坐标回归器结合使用，与现有集成解决方案相比，新场景中几乎没有射击的观测比3D世界更容易。实验表明，与最先进的方法相比，我们的方法的优越性，在具有不同的视觉外观和观点分布的几个场景上产生了更高的精度。
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我们引入了一个相机重新定位管道，该管道结合了绝对姿势回归（APR）和直接功能匹配。通过结合曝光自适应的新视图综合，我们的方法成功地解决了现有基于光度法方法无法处理的室外环境中的光度扭曲。借助域不变的功能匹配，我们的解决方案通过对未标记数据的半监督学习提高了姿势回归精度。特别是，该管道由两个组成部分组成：新型视图合成器和DFNET。前者综合了新的视图，以补偿暴露的变化，后者会回归摄像头的姿势，并提取了可靠的功能，这些特征弥补了真实图像和合成图像之间的域间隙。此外，我们引入了在线合成数据生成方案。我们表明，这些方法有效地增强了室内和室外场景中的相机姿势估计。因此，我们的方法通过优于现有的单位图APR方法高达56％，可与基于3D结构的方法相当。
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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。
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Estimating 6D poses of objects from images is an important problem in various applications such as robot manipulation and virtual reality. While direct regression of images to object poses has limited accuracy, matching rendered images of an object against the input image can produce accurate results. In this work, we propose a novel deep neural network for 6D pose matching named DeepIM. Given an initial pose estimation, our network is able to iteratively refine the pose by matching the rendered image against the observed image. The network is trained to predict a relative pose transformation using a disentangled representation of 3D location and 3D orientation and an iterative training process. Experiments on two commonly used benchmarks for 6D pose estimation demonstrate that DeepIM achieves large improvements over stateof-the-art methods. We furthermore show that DeepIM is able to match previously unseen objects.
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在这项研究中，我们提出了一种新型的视觉定位方法，以根据RGB摄像机的可视数据准确估计机器人在3D激光镜头内的六个自由度（6-DOF）姿势。使用基于先进的激光雷达的同时定位和映射（SLAM）算法，可获得3D地图，能够收集精确的稀疏图。将从相机图像中提取的功能与3D地图的点进行了比较，然后解决了几何优化问题，以实现精确的视觉定位。我们的方法允许使用配备昂贵激光雷达的侦察兵机器人一次 - 用于映射环境，并且仅使用RGB摄像头的多个操作机器人 - 执行任务任务，其本地化精度高于常见的基于相机的解决方案。该方法在Skolkovo科学技术研究所（Skoltech）收集的自定义数据集上进行了测试。在评估本地化准确性的过程中，我们设法达到了厘米级的准确性；中间翻译误差高达1.3厘米。仅使用相机实现的确切定位使使用自动移动机器人可以解决需要高度本地化精度的最复杂的任务。
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Collecting well-annotated image datasets to train modern machine learning algorithms is prohibitively expensive for many tasks. An appealing alternative is to render synthetic data where ground-truth annotations are generated automatically. Unfortunately, models trained purely on rendered images often fail to generalize to real images. To address this shortcoming, prior work introduced unsupervised domain adaptation algorithms that attempt to map representations between the two domains or learn to extract features that are domain-invariant. In this work, we present a new approach that learns, in an unsupervised manner, a transformation in the pixel space from one domain to the other. Our generative adversarial network (GAN)-based model adapts source-domain images to appear as if drawn from the target domain. Our approach not only produces plausible samples, but also outperforms the state-of-the-art on a number of unsupervised domain adaptation scenarios by large margins. Finally, we demonstrate that the adaptation process generalizes to object classes unseen during training.
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现代计算机视觉已超越了互联网照片集的领域，并进入了物理世界，通过非结构化的环境引导配备摄像头的机器人和自动驾驶汽车。为了使这些体现的代理与现实世界对象相互作用，相机越来越多地用作深度传感器，重建了各种下游推理任务的环境。机器学习辅助的深度感知或深度估计会预测图像中每个像素的距离。尽管已经在深入估算中取得了令人印象深刻的进步，但仍然存在重大挑战：（1）地面真相深度标签很难大规模收集，（2）通常认为相机信息是已知的，但通常是不可靠的，并且（3）限制性摄像机假设很常见，即使在实践中使用了各种各样的相机类型和镜头。在本论文中，我们专注于放松这些假设，并描述将相机变成真正通用深度传感器的最终目标的贡献。
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2021-12-16
我们提出了一种视觉本地化系统，这些系统在合成数据的帮助下学习在现实世界中估算相机姿势。尽管近年来取得了重大进展，但大多数基于学习的学习方法在单个域中的视觉定位目标，并需要良好的地理标记图像的密集数据库运行。为了减轻数据稀缺问题并提高神经定位模型的可扩展性，我们介绍了Topo-Datagen，这是一个多功能合成数据生成工具，在真实和虚拟世界之间平稳地遍历，铰接在地理相机视点。建议新的大型SIM-to-Real基准数据集展示并评估所述合成数据的效用。我们的实验表明，合成数据在实际上提高了真实数据的神经网络性能。此外，我们介绍Crossloc，一种跨模型视觉表示学习方法来姿态估计，可以通过自我监督充分利用现场坐标地面真理。在没有任何额外数据的情况下，Crossloc显着优于最先进的方法，并实现了更高的实际数据样本效率。我们的代码可在https://github.com/topo-epfl/crossloc获得。
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我们提出了一种称为DPODV2（密集姿势对象检测器）的三个阶段6 DOF对象检测方法，该方法依赖于致密的对应关系。我们将2D对象检测器与密集的对应关系网络和多视图姿势细化方法相结合，以估计完整的6 DOF姿势。与通常仅限于单眼RGB图像的其他深度学习方法不同，我们提出了一个统一的深度学习网络，允许使用不同的成像方式（RGB或DEPTH）。此外，我们提出了一种基于可区分渲染的新型姿势改进方法。主要概念是在多个视图中比较预测并渲染对应关系，以获得与所有视图中预测的对应关系一致的姿势。我们提出的方法对受控设置中的不同数据方式和培训数据类型进行了严格的评估。主要结论是，RGB在对应性估计中表现出色，而如果有良好的3D-3D对应关系，则深度有助于姿势精度。自然，他们的组合可以实现总体最佳性能。我们进行广泛的评估和消融研究，以分析和验证几个具有挑战性的数据集的结果。 DPODV2在所有这些方面都取得了出色的成果，同时仍然保持快速和可扩展性，独立于使用的数据模式和培训数据的类型
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深度学习模型在机器人技术中的有用性在很大程度上取决于培训数据的可用性。培训数据的手动注释通常是不可行的。合成数据是可行的替代方法，但遭受了域间隙。我们提出了一种多步方法，以获取训练数据而无需手动注释：从3D对象网格中，我们使用现代合成管道生成图像。我们利用一种最先进的图像到图像翻译方法来使合成图像适应真实域，以学习的方式最大程度地减少域间隙。翻译网络是从未配对的图像中训练的，即仅需要未经通知的真实图像集合。然后，生成和精致的图像可用于训练深度学习模型以完成特定任务。我们还建议并评估翻译方法的扩展，以进一步提高性能，例如基于补丁的训练，从而缩短了训练时间并增加了全球一致性。我们评估我们的方法并证明其在两个机器人数据集上的有效性。我们终于深入了解了博学的改进操作。
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在3D视觉中，视觉重新定位已被广泛讨论：鉴于预构建的3D视觉图，估计查询图像的6 DOF（自由度）姿势。大规模室内环境中的重新定位可实现有吸引力的应用程序，例如增强现实和机器人导航。但是，当相机移动时，在这种环境中，外观变化很快，这对于重新定位系统来说是具有挑战性的。为了解决这个问题，我们建议一种基于虚拟视图综合方法Rendernet，以丰富有关此特定情况的数据库和完善姿势。我们选择直接渲染虚拟观点的必要全局和本地特征，而不是渲染需要高质量3D模型的真实图像，并分别将它们应用于后续图像检索和功能匹配操作中。所提出的方法在很大程度上可以改善大规模室内环境中的性能，例如，在INLOC数据集中获得7.1 \％和12.2 \％的改善。
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在本文中，我们建议超越建立的基于视觉的本地化方法，该方法依赖于查询图像和3D点云之间的视觉描述符匹配。尽管通过视觉描述符匹配关键点使本地化高度准确，但它具有重大的存储需求，提出了隐私问题，并需要长期对描述符进行更新。为了优雅地应对大规模定位的实用挑战，我们提出了Gomatch，这是基于视觉的匹配的替代方法，仅依靠几何信息来匹配图像键点与地图的匹配，这是轴承矢量集。我们的新型轴承矢量表示3D点，可显着缓解基于几何的匹配中的跨模式挑战，这阻止了先前的工作在现实环境中解决本地化。凭借额外的仔细建筑设计，Gomatch在先前的基于几何的匹配工作中改善了（1067m，95.7升）和（1.43m，34.7摄氏度），平均中位数姿势错误，同时需要7个尺寸，同时需要7片。与最佳基于视觉的匹配方法相比，几乎1.5/1.7％的存储容量。这证实了其对现实世界本地化的潜力和可行性，并为不需要存储视觉描述符的城市规模的视觉定位方法打开了未来努力的大门。
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Figure 1: PoseNet: Convolutional neural network monocular camera relocalization. Relocalization results for an input image (top), the predicted camera pose of a visual reconstruction (middle), shown again overlaid in red on the original image (bottom). Our system relocalizes to within approximately 2m and 6 • for large outdoor scenes spanning 50, 000m 2 . For an online demonstration, please see our project webpage: mi.eng.cam.ac.uk/projects/relocalisation/
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凝视和头部姿势估计模型的鲁棒性高度取决于标记的数据量。最近，生成建模在生成照片现实图像方面表现出了出色的结果，这可以减轻对标记数据的需求。但是，在新领域采用这种生成模型，同时保持其对不同图像属性的细粒度控制的能力，例如，凝视和头部姿势方向，是一个挑战性的问题。本文提出了Cuda-GHR，这是一种无监督的域适应框架，可以对凝视和头部姿势方向进行细粒度的控制，同时保留该人的外观相关因素。我们的框架同时学会了通过利用富含标签的源域和未标记的目标域来适应新的域和删除图像属性，例如外观，凝视方向和头部方向。基准测试数据集的广泛实验表明，所提出的方法在定量和定性评估上都可以胜过最先进的技术。此外，我们表明目标域中生成的图像标签对有效地传递知识并提高下游任务的性能。
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视觉（RE）本地化解决了估计已知场景中捕获的查询图像的6-DOF（自由度）摄像头的问题，该镜头是许多计算机视觉和机器人应用程序的关键构建块。基于结构的本地化的最新进展通过记住从图像像素到场景坐标的映射与神经网络的映射来构建相机姿势优化的2D-3D对应关系。但是，这种记忆需要在每个场景中训练大量的图像，这是沉重效率降低的。相反，通常很少的图像足以覆盖场景的主要区域，以便人类操作员执行视觉定位。在本文中，我们提出了一种场景区域分类方法，以实现几乎没有拍摄图像的快速有效的场景记忆。我们的见解是利用a）预测的特征提取器，b）场景区域分类器和c）元学习策略，以加速培训，同时缓解过度拟合。我们在室内和室外基准上评估了我们的方法。该实验验证了我们方法在几次设置中的有效性，并且训练时间大大减少到只有几分钟。代码可用：\ url {https://github.com/siyandong/src}
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在本文中，我们介绍了一种新的端到端学习的LIDAR重新定位框架，被称为Pointloc，其仅使用单点云直接姿势作为输入，不需要预先构建的地图。与RGB基于图像的重建化相比，LIDAR帧可以提供有关场景的丰富和强大的几何信息。然而，LIDAR点云是无序的并且非结构化，使得难以为此任务应用传统的深度学习回归模型。我们通过提出一种具有自我关注的小说点风格架构来解决这个问题，从而有效地估计660 {\ DEG} LIDAR输入框架的6-DOF姿势。关于最近发布的巨大恐怖雷达机器人数据集和现实世界机器人实验的扩展实验表明ProposedMethod可以实现准确的重定位化性能。
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使用合成数据训练的深层模型需要适应域的适应性，以弥合模拟环境和目标环境之间的差距。最新的域适应方法通常需要来自目标域的足够数量（未标记的）数据。但是，当目标域是极端环境（例如空间）时，这种需求很难满足。在本文中，我们的目标问题是接近卫星姿势估计，从实际的会合任务中获取卫星的图像是昂贵的。我们证明，事件传感提供了一种有希望的解决方案，可以在Stark照明差异下从模拟到目标域。我们的主要贡献是一种基于事件的卫星姿势估计技术，纯粹是对合成事件数据进行培训的，该数据具有基本数据增强，以提高针对实际（嘈杂）事件传感器的鲁棒性。基础我们的方法是一个具有仔细校准的地面真相的新型数据集，其中包括通过在剧烈的照明条件下在实验室中模拟卫星集合场景获得的真实事件数据。数据集上的结果表明，我们基于事件的卫星姿势估计方法仅在没有适应的情况下接受合成数据训练，可以有效地概括为目标域。
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透明的物体在家庭环境中无处不在，并且对视觉传感和感知系统构成了不同的挑战。透明物体的光学特性使常规的3D传感器仅对物体深度和姿势估计不可靠。这些挑战是由重点关注现实世界中透明对象的大规模RGB深度数据集突出了这些挑战。在这项工作中，我们为名为ClearPose的大规模现实世界RGB深度透明对象数据集提供了一个用于分割，场景级深度完成和以对象为中心的姿势估计任务的基准数据集。 ClearPose数据集包含超过350K标记的现实世界RGB深度框架和5M实例注释，涵盖了63个家用对象。该数据集包括在各种照明和遮挡条件下在日常生活中常用的对象类别，以及具有挑战性的测试场景，例如不透明或半透明物体的遮挡病例，非平面取向，液体的存在等。 - 艺术深度完成和对象构成清晰度上的深神经网络。数据集和基准源代码可在https://github.com/opipari/clearpose上获得。
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我们提出了CPO，这是一种快速且强大的算法，该算法与可能包含更改的场景的3D点云相对于2D全景图。为了稳健地处理场景的变化，我们的方法偏离了传统的特征点匹配，并着重于全景图像提供的空间上下文。具体而言，我们建议使用得分图提出有效的颜色直方图生成和随后的鲁棒定位。通过利用球形投影的唯一模棱两可，我们提出了大量相机姿势的非常快的颜色直方图生成，而无需明确渲染所有候选姿势的图像。我们将全景云和点云的区域一致性作为2D/3D分数图，并使用它们来称量输入颜色值以进一步提高鲁棒性。加权颜色分布很快找到了良好的初始姿势，并实现了基于梯度的优化的稳定收敛。 CPO是轻量级的，在所有测试的场景中都能实现有效的本地化，尽管场景变化，重复性结构或无特征区域都显示出稳定的性能，这是带有透视摄像头视觉定位的典型挑战。
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