本文在3D Point Cloud中介绍了一个新问题：很少示例实例分割。给定一些带注释的点云举例说明了目标类，我们的目标是在查询点云中细分该目标类的所有实例。这个问题具有广泛的实用应用，在重点实例分段注释非常昂贵的收集中。为了解决此问题，我们提出了测量形式 - 第一个用于3D点云实例分割的地球引导变压器。关键的想法是利用大地距离来应对LIDAR 3D点云的密度不平衡。 LIDAR 3D点云在物体表面附近茂密，在其他地方稀疏或空，使欧几里得距离较差以区分不同的物体。另一方面，大地测量距离更合适，因为它编码了场景的几何形状，该几何形状可以用作变压器解码器中注意机制的指导信号，以生成代表实例的不同特征的内核。然后将这些内核用于动态卷积以获得最终实例掩模。为了评估新任务上的测量形式，我们提出了两个常见的3D点云实例分割数据集的新拆分：ScannETV2和S3DIS。地球形式始终优于根据最新的3D点云实例分割方法的强大基线，并具有明显的余量。代码可从https://github.com/vinairesearch/geoformer获得。

我们提出了一种基于动态卷积的3D点云的实例分割方法。这使其能够在推断时适应变化的功能和对象尺度。这样做避免了一些自下而上的方法的陷阱，包括对超参数调整和启发式后处理管道的依赖，以弥补物体大小的不可避免的可变性，即使在单个场景中也是如此。通过收集具有相同语义类别并为几何质心进行仔细投票的均匀点，网络的表示能力大大提高了。然后通过几个简单的卷积层解码实例，其中参数是在输入上生成的。所提出的方法是无建议的，而是利用适应每个实例的空间和语义特征的卷积过程。建立在瓶颈层上的轻重量变压器使模型可以捕获远程依赖性，并具有有限的计算开销。结果是一种简单，高效且健壮的方法，可以在各种数据集上产生强大的性能：ScannETV2，S3DIS和Partnet。基于体素和点的体系结构的一致改进意味着提出的方法的有效性。代码可在以下网址找到：https：//git.io/dyco3d

我们介绍了一个3D实例表示，称为实例内核，其中实例由一维向量表示，该向量编码3D实例的语义，位置和形状信息。我们显示了实例内核通过简单地在整个场景中扫描内核，避免对标准3D实例分段管道中的建议或启发式聚类算法的严重依赖，从而实现了简单的掩盖推理。实例内核的想法是受到2D/3D实例分割中动态卷积的最新成功的启发。但是，我们发现由于点云数据的无序和非结构化的性质，代表3D实例是非平凡的，例如，糟糕的实例定位可以显着降低实例表示。为了解决这个问题，我们构建了一个编码范式的新颖3D实例。首先，潜在的实例质心定位为候选。然后，设计了一个候选人合并方案，以同时汇总重复的候选人，并收集围绕合并的质心的背景，以形成实例内核。一旦实例内核可用，就可以通过在实例内核调节的动态卷积来重建实例掩码。整个管道是通过动态内核网络（DKNET）实例化的。结果表明，DKNET的表现优于ScannETV2和S3DIS数据集的艺术状态，并具有更好的实例本地化。可用代码：https：//github.com/w1zheng/dknet。

我们介绍了一种方法，例如针对3D点云的提案生成。现有技术通常直接在单个进料前进的步骤中回归建议，从而导致估计不准确。我们表明，这是一个关键的瓶颈，并提出了一种基于迭代双边滤波的方法。遵循双边滤波的精神，我们考虑了每个点的深度嵌入以及它们在3D空间中的位置。我们通过合成实验表明，在为给定的兴趣点生成实例建议时，我们的方法会带来巨大的改进。我们进一步验证了我们在挑战性扫描基准测试中的方法，从而在自上而下的方法的子类别中实现了最佳实例分割性能。

We introduce Similarity Group Proposal Network (SGPN), a simple and intuitive deep learning framework for 3D object instance segmentation on point clouds. SGPN uses a single network to predict point grouping proposals and a corresponding semantic class for each proposal, from which we can directly extract instance segmentation results. Important to the effectiveness of SGPN is its novel representation of 3D instance segmentation results in the form of a similarity matrix that indicates the similarity between each pair of points in embedded feature space, thus producing an accurate grouping proposal for each point. Experimental results on various 3D scenes show the effectiveness of our method on 3D instance segmentation, and we also evaluate the capability of SGPN to improve 3D object detection and semantic segmentation results. We also demonstrate its flexibility by seamlessly incorporating 2D CNN features into the framework to boost performance.

Most existing methods realize 3D instance segmentation by extending those models used for 3D object detection or 3D semantic segmentation. However, these non-straightforward methods suffer from two drawbacks: 1) Imprecise bounding boxes or unsatisfactory semantic predictions limit the performance of the overall 3D instance segmentation framework. 2) Existing method requires a time-consuming intermediate step of aggregation. To address these issues, this paper proposes a novel end-to-end 3D instance segmentation method based on Superpoint Transformer, named as SPFormer. It groups potential features from point clouds into superpoints, and directly predicts instances through query vectors without relying on the results of object detection or semantic segmentation. The key step in this framework is a novel query decoder with transformers that can capture the instance information through the superpoint cross-attention mechanism and generate the superpoint masks of the instances. Through bipartite matching based on superpoint masks, SPFormer can implement the network training without the intermediate aggregation step, which accelerates the network. Extensive experiments on ScanNetv2 and S3DIS benchmarks verify that our method is concise yet efficient. Notably, SPFormer exceeds compared state-of-the-art methods by 4.3% on ScanNetv2 hidden test set in terms of mAP and keeps fast inference speed (247ms per frame) simultaneously. Code is available at https://github.com/sunjiahao1999/SPFormer.

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.

蒙面自动编码在图像和语言领域的自我监督学习方面取得了巨大的成功。但是，基于面具的预处理尚未显示出对点云理解的好处，这可能是由于PointNet（PointNet）无法正确处理训练的标准骨架，而不是通过训练期间掩盖引入的测试分配不匹配。在本文中，我们通过提出一个判别性掩码式变压器框架，maskPoint}来弥合这一差距。我们的关键想法是将点云表示为离散的占用值（1如果点云的一部分；如果不是的，则为0），并在蒙版对象点和采样噪声点之间执行简单的二进制分类作为代理任务。这样，我们的方法是对点云中的点采样差异的强大，并促进了学习丰富的表示。我们在几个下游任务中评估了验证的模型，包括3D形状分类，分割和现实词对象检测，并展示了最新的结果，同时获得了明显的预读速度（例如，扫描仪上的4.1倍）先前的最新变压器基线。代码可在https://github.com/haotian-liu/maskpoint上找到。

尽管有启发式方法，贪婪的算法以及对数据统计变化的变化，但3D实例分割中的当前最新方法通常涉及聚类步骤。相比之下，我们提出了一种以每点预测方式起作用的全面3D点云实例分割方法。为此，它可以避免基于聚类的方法面临的挑战：在模型的不同任务之间引入依赖性。我们发现其成功的关键是为每个采样点分配一个合适的目标。我们建议使用最佳的传输方法来根据动态匹配成本最佳地将目标掩码分配给采样点。我们的方法在扫描仪和S3DIS基准测试方面取得了令人鼓舞的结果。所提出的方法消除了插入依赖性，因此比其他竞争方法代表了更简单，更灵活的3D实例分割框架，同时实现了提高的分割精度。

在点云序列中，3D对象跟踪目的是在给定模板点云的情况下预测当前搜索点云中的对象的位置和方向。通过变压器的成功，我们提出了点跟踪变压器（PTTR），其有效地在变压器操作的帮助下以粗良好的方式预测高质量的3D跟踪结果。 PTTR由三种新颖的设计组成。 1）除了随机抽样中，我们设计关系感知采样，以保护在子采样期间给定模板的相关点。 2）此外，我们提出了一种由自我关注和跨关注模块组成的点关系变压器（PRT）。全局自我关注操作捕获远程依赖性，以便分别增强搜索区域和模板的编码点特征。随后，我们通过横向关注匹配两组点特征来生成粗略跟踪结果。 3）基于粗略跟踪结果，我们采用了一种新颖的预测细化模块来获得最终精制预测。此外，我们根据Waymo Open DataSet创建一个大型点云单个对象跟踪基准。广泛的实验表明，PTTR以准确性和效率达到优越的点云跟踪。

Current 3D object detection methods are heavily influenced by 2D detectors. In order to leverage architectures in 2D detectors, they often convert 3D point clouds to regular grids (i.e., to voxel grids or to bird's eye view images), or rely on detection in 2D images to propose 3D boxes. Few works have attempted to directly detect objects in point clouds. In this work, we return to first principles to construct a 3D detection pipeline for point cloud data and as generic as possible. However, due to the sparse nature of the data -samples from 2D manifolds in 3D space -we face a major challenge when directly predicting bounding box parameters from scene points: a 3D object centroid can be far from any surface point thus hard to regress accurately in one step. To address the challenge, we propose VoteNet, an end-to-end 3D object detection network based on a synergy of deep point set networks and Hough voting. Our model achieves state-of-the-art 3D detection on two large datasets of real 3D scans, ScanNet and SUN RGB-D with a simple design, compact model size and high efficiency. Remarkably, VoteNet outperforms previous methods by using purely geometric information without relying on color images.

随着激光雷达传感器和3D视觉摄像头的扩散，3D点云分析近年来引起了重大关注。经过先驱工作点的成功后，基于深度学习的方法越来越多地应用于各种任务，包括3D点云分段和3D对象分类。在本文中，我们提出了一种新颖的3D点云学习网络，通过选择性地执行具有动态池的邻域特征聚合和注意机制来提出作为动态点特征聚合网络（DPFA-NET）。 DPFA-Net有两个可用于三维云的语义分割和分类的变体。作为DPFA-NET的核心模块，我们提出了一个特征聚合层，其中每个点的动态邻域的特征通过自我注意机制聚合。与其他分割模型相比，来自固定邻域的聚合特征，我们的方法可以在不同层中聚合来自不同邻居的特征，在不同层中为查询点提供更具选择性和更广泛的视图，并更多地关注本地邻域中的相关特征。此外，为了进一步提高所提出的语义分割模型的性能，我们提出了两种新方法，即两级BF-Net和BF-Rengralization来利用背景前台信息。实验结果表明，所提出的DPFA-Net在S3DIS数据集上实现了最先进的整体精度分数，在S3DIS数据集上进行了语义分割，并在不同的语义分割，部分分割和3D对象分类中提供始终如一的令人满意的性能。与其他方法相比，它也在计算上更有效。

点云实例分割在深度学习的出现方面取得了巨大进展。然而，这些方法通常是具有昂贵且耗时的密度云注释的数据饥饿。为了减轻注释成本，在任务中仍申请未标记或弱标记的数据。在本文中，我们使用标记和未标记的边界框作为监控，介绍第一个半监控点云实例分段框架（SPIB）。具体而言，我们的SPIB架构涉及两级学习程序。对于阶段，在具有扰动一致性正则化（SPCR）的半监控设置下培训边界框提案生成网络。正规化通过强制执行对应用于输入点云的不同扰动的边界框预测的不变性，为网络学习提供自我监督。对于阶段，使用SPCR的边界框提案被分组为某些子集，并且使用新颖的语义传播模块和属性一致性图模块中的每个子集中挖掘实例掩码。此外，我们介绍了一种新型占用比导改进模块，以优化实例掩码。对挑战队的攻击v2数据集进行了广泛的实验，证明了我们的方法可以实现与最近的完全监督方法相比的竞争性能。

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.

尽管收集了越来越多的数据集用于培训3D对象检测模型，但在LiDar扫描上注释3D盒仍然需要大量的人类努力。为了自动化注释并促进了各种自定义数据集的生产，我们提出了一个端到端的多模式变压器（MTRANS）自动标签器，该标签既利用LIDAR扫描和图像，以生成来自弱2D边界盒的精确的3D盒子注释。为了减轻阻碍现有自动标签者的普遍稀疏性问题，MTRAN通过基于2D图像信息生成新的3D点来致密稀疏点云。凭借多任务设计，MTRANS段段前景/背景片段，使LIDAR POINT CLUENS云密布，并同时回归3D框。实验结果验证了MTRAN对提高生成标签质量的有效性。通过丰富稀疏点云，我们的方法分别在Kitti中度和硬样品上获得了4.48 \％和4.03 \％更好的3D AP，而不是最先进的自动标签器。也可以扩展Mtrans以提高3D对象检测的准确性，从而在Kitti硬样品上产生了显着的89.45 \％AP。代码位于\ url {https://github.com/cliu2/mtrans}。

我们解决了一项新的任务，即计数和检测。给定目标对象类的一些示例边界框，我们试图计数和检测目标类的所有对象。该任务与几个弹出对象计数相同的监督，但另外还输出对象边界框以及总体计数。为了解决这个具有挑战性的问题，我们介绍了一种新颖的两阶段训练策略和一种新颖的不确定性 - 少数光对象探测器：计数 - 滴定。前者的目的是生成伪距离界限框来训练后者。后者利用了前者提供的伪基真实，但采取了必要的步骤来解释伪基真实的不完美。为了验证我们在新任务上的方法的性能，我们介绍了两个名为FSCD-147和FSCD-LVIS的新数据集。两个数据集都包含具有复杂场景，每个图像多个对象类的图像，并且对象形状，大小和外观的巨大变化。我们提出的方法优于非常强大的基线，该基线是根据数量计数和少量对象检测而适应的，并且在计数和检测指标中均具有很大的余量。代码和模型可在\ url {https://github.com/vinairesearch/counting-detr}中获得。

当前的3D分割方法很大程度上依赖于大规模的点状数据集，众所周知，这些数据集众所周知。很少有尝试规避需要每点注释的需求。在这项工作中，我们研究了弱监督的3D语义实例分割。关键的想法是利用3D边界框标签，更容易，更快地注释。确实，我们表明只有仅使用边界框标签训练密集的分割模型。在我们方法的核心上，\ name {}是一个深层模型，灵感来自经典的霍夫投票，直接投票赞成边界框参数，并且是专门针对边界盒票的专门定制的群集方法。这超出了常用的中心票，这不会完全利用边界框注释。在扫描仪测试中，我们弱监督的模型在其他弱监督的方法中获得了领先的性能（+18 MAP@50）。值得注意的是，它还达到了当前完全监督模型的50分数的地图的97％。为了进一步说明我们的工作的实用性，我们在最近发布的Arkitscenes数据集中训练Box2mask，该数据集仅使用3D边界框注释，并首次显示引人注目的3D实例细分掩码。

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。

In this work, we study 3D object detection from RGB-D data in both indoor and outdoor scenes. While previous methods focus on images or 3D voxels, often obscuring natural 3D patterns and invariances of 3D data, we directly operate on raw point clouds by popping up RGB-D scans. However, a key challenge of this approach is how to efficiently localize objects in point clouds of large-scale scenes (region proposal). Instead of solely relying on 3D proposals, our method leverages both mature 2D object detectors and advanced 3D deep learning for object localization, achieving efficiency as well as high recall for even small objects. Benefited from learning directly in raw point clouds, our method is also able to precisely estimate 3D bounding boxes even under strong occlusion or with very sparse points. Evaluated on KITTI and SUN RGB-D 3D detection benchmarks, our method outperforms the state of the art by remarkable margins while having real-time capability. * Majority of the work done as an intern at Nuro, Inc. depth to point cloud 2D region (from CNN) to 3D frustum 3D box (from PointNet)

用于LIDAR点云的快速准确的Panoptic分割系统对于自主驾驶车辆来了解周围物体和场景至关重要。现有方法通常依赖于提案或聚类到分段前景实例。结果，他们努力实现实时性能。在本文中，我们提出了一种用于LIDAR点云的新型实时端到端Panoptic分段网络，称为CPSEG。特别地，CPSEG包括共享编码器，双解码器，任务感知注意模块（TAM）和无簇实例分段头。 TAM旨在强制执行这两个解码器以学习用于语义和实例嵌入的丰富的任务感知功能。此外，CPSEG包含一个新的无簇实例分割头，以根据学习嵌入的嵌入动态占据前景点。然后，它通过找到具有成对嵌入比较的连接的柱子来获取实例标签。因此，将传统的基于提议的或基于聚类的实例分段转换为对成对嵌入比较矩阵的二进制分段问题。为了帮助网络回归实例嵌入，提出了一种快速和确定的深度完成算法，以实时计算每个点云的表面法线。该方法在两个大型自主驾驶数据集中基准测试，即Semantickitti和Nuscenes。值得注意的是，广泛的实验结果表明，CPSEG在两个数据集的实时方法中实现了最先进的结果。