点云学习界见证了从CNN到变形金刚的模型转移，纯变压器架构在主要学习基准上实现了最高精度。然而，现有的点变压器是计算昂贵的，因为它们需要产生大的注意图，其相对于输入大小具有二次复杂度（空间和时间）。为了解决这种缺点，我们介绍补丁注意（PAT），以便自适应地学习计算注意力地图的更小的基础。通过对这些基础的加权求和，PAT仅捕获全局形状上下文，而且还可以实现输入大小的线性复杂性。此外，我们提出了一种轻量级的多尺度关注（MST）块来构建不同尺度特征的关注，提供具有多尺度特征的模型。我们配备了PAT和MST，我们构建了我们的神经结构，称为PatchFormer，将两个模块集成到Point云学习的联合框架中。广泛的实验表明，我们的网络对一般点云学习任务的可比准确性具有9.2倍的速度高于先前的点变压器。
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与卷积神经网络相比，最近开发的纯变压器架构已经实现了对点云学习基准的有希望的准确性。然而，现有点云变压器是计算昂贵的，因为它们在构建不规则数据时浪费了大量时间。要解决此缺点，我们呈现稀疏窗口注意（SWA）模块，以收集非空体素的粗粒颗粒特征，不仅绕过昂贵的不规则数据结构和无效的空体素计算，还可以获得线性计算复杂性到体素分辨率。同时，要收集关于全球形状的细粒度特征，我们介绍了相对的注意（RA）模块，更强大的自我关注变体，用于对象的刚性变换。我们配备了SWA和RA，我们构建了我们的神经结构，称为PVT，将两个模块集成到Point云学习的联合框架中。与以前的变压器和关注的模型相比，我们的方法平均达到了分类基准和10x推理加速的最高精度为94.0％。广泛的实验还有效地验证了PVT在部分和语义分割基准上的有效性（分别为86.6％和69.2％Miou）。
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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。
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The irregular domain and lack of ordering make it challenging to design deep neural networks for point cloud processing. This paper presents a novel framework named Point Cloud Transformer(PCT) for point cloud learning. PCT is based on Transformer, which achieves huge success in natural language processing and displays great potential in image processing. It is inherently permutation invariant for processing a sequence of points, making it well-suited for point cloud learning. To better capture local context within the point cloud, we enhance input embedding with the support of farthest point sampling and nearest neighbor search. Extensive experiments demonstrate that the PCT achieves the state-of-the-art performance on shape classification, part segmentation, semantic segmentation and normal estimation tasks.
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变压器在图像处理领域取得了显着的成就。受到这一巨大成功的启发，变形金刚在3D点云处理中的应用引起了越来越多的关注。本文提出了一个新颖的点云表示学习网络，具有双重自我注意的3D点云变压器（3DPCT）和一个编码器解码器结构。具体而言，3DPCT具有一个层次编码器，该编码器包含两个用于分类任务的局部全球双重注意模块（分段任务的三个模块），每个模块都包含一个局部特征聚合（LFA）块和全局特征学习（ GFL）块。 GFL块是双重的自我注意事项，既有在点上的自我注意力，又可以提高特征提取。此外，在LFA中，为更好地利用了提取的本地信息，设计了一种新颖的点自我发明模型，称为点斑点自我注意力（PPSA）。在分类和分割数据集上都评估了性能，其中包含合成数据和现实世界数据。广泛的实验表明，所提出的方法在分类和分割任务上都达到了最新的结果。
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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。
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我们提出CPT：卷积点变压器 - 一种用于处理3D点云数据的非结构化性质的新型深度学习架构。 CPT是对现有关注的卷曲神经网络以及以前的3D点云处理变压器的改进。由于其在创建基于新颖的基于注意力的点集合嵌入通过制作用于处理动态局部点设定的邻域的卷积投影层的嵌入来实现这一壮举。结果点设置嵌入对输入点的排列是强大的。我们的小说CPT块在网络结构中通过动态图计算获得的本地邻居构建。它是完全可差异的，可以像卷积层一样堆叠，以学习点的全局属性。我们评估我们的模型在ModelNet40，ShapEnet部分分割和S3DIS 3D室内场景语义分割数据集等标准基准数据集上，以显示我们的模型可以用作各种点云处理任务的有效骨干，与现有状态相比 - 艺术方法。
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最近神经网络的成功使得能够更好地解释3D点云，但是处理大规模的3D场景仍然是一个具有挑战性的问题。大多数电流方法将大型场景划分为小区，并将当地预测组合在一起。然而，该方案不可避免地涉及预处理和后处理的附加阶段，并且由于局部视角下的预测也可能降低最终输出。本文介绍了由新的轻质自我关注层组成的快速点变压器。我们的方法编码连续的3D坐标，基于体素散列的架构提高了计算效率。所提出的方法用3D语义分割和3D检测进行了说明。我们的方法的准确性对基于最佳的体素的方法具有竞争力，我们的网络达到了比最先进的点变压器更快的推理时间速度更快的136倍，具有合理的准确性权衡。
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有效处理3D数据一直是一个挑战。大规模点云上的空间操作以稀疏数据存储，需要额外的成本。由于变形金刚的成功吸引，研究人员正在使用多头关注视力任务。但是，变压器中的注意力计算在输入数量和点云等集合的空间直觉中具有二次复杂性。我们重新设计了这项工作中的“变压器”，并将它们纳入形状分类以及部分和场景细分的层次结构框架中。我们建议我们的当地注意力单元，该单元捕获了空间社区的特征。我们还通过利用每次迭代的采样和分组来计算有效且动态的全局交叉注意。最后，为了减轻点云的非异质性，我们提出了一个有效的多尺度令牌化（MST），该标记（MST）提取了尺度不变的令牌以供注意操作。所提出的分层模型以平均准确性实现最新的形状分类，并以先前的分割方法的相同，同时需要更少的计算。我们提出的体系结构预测分割标签的标签约为以前最有效方法的延迟和参数计数的一半，具有可比的性能。该代码可从https://github.com/yigewang-whu/cloudattention获得。
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我们介绍了PointConvormer，这是一个基于点云的深神经网络体系结构的新颖构建块。受到概括理论的启发，PointConvormer结合了点卷积的思想，其中滤波器权重仅基于相对位置，而变形金刚则利用了基于功能的注意力。在PointConvormer中，附近点之间的特征差异是重量重量卷积权重的指标。因此，我们从点卷积操作中保留了不变，而注意力被用来选择附近的相关点进行卷积。为了验证PointConvormer的有效性，我们在点云上进行了语义分割和场景流估计任务，其中包括扫描仪，Semantickitti，FlyingThings3D和Kitti。我们的结果表明，PointConvormer具有经典的卷积，常规变压器和Voxelized稀疏卷积方法的表现，具有较小，更高效的网络。可视化表明，PointConvormer的性能类似于在平面表面上的卷积，而邻域选择效果在物体边界上更强，表明它具有两全其美。
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我们提出了一种新的注意机制，称为全球分层注意（GHA），用于3D点云分析。 GHA通过在多个层次结构上进行一系列粗化和插值操作，近似于常规的全局点产生关注。 GHA的优势是两个方面。首先，它相对于点数具有线性复杂性，从而使大点云的处理能够处理。其次，GHA固有地具有归纳性偏见，可以专注于空间接近点，同时保留所有点之间的全球连通性。与前馈网络相结合，可以将GHA插入许多现有的网络体系结构中。我们尝试多个基线网络，并表明添加GHA始终如一地提高不同任务和数据集的性能。对于语义分割的任务，GHA在扫描板上的Minkowskiengine基线增加了1.7％的MIOU。对于3D对象检测任务，GHA将CenterPoint基线提高了Nuscenes数据集上的 +0.5％地图，而3DETR基线将SCANNET上的基线提高到 +2.1％MAP25和 +1.5％MAP50。
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变压器最近在各种视觉任务上表现出卓越的性能。大型有时甚至全球，接收领域赋予变换器模型，并通过其CNN对应物具有更高的表示功率。然而，简单地扩大接收领域也产生了几个问题。一方面，使用致密的注意，例如，在VIT中，导致过度的记忆和计算成本，并且特征可以受到超出兴趣区域的无关紧要的影响。另一方面，PVT或SWIN变压器采用的稀疏注意是数据不可知论，可能会限制模拟长距离关系的能力。为了缓解这些问题，我们提出了一种新型可变形的自我关注模块，其中以数据相关的方式选择密钥和值对中的密钥和值对的位置。这种灵活的方案使自我关注模块能够专注于相关区域并捕获更多的信息性功能。在此基础上，我们呈现可变形的关注变压器，一般骨干模型，具有可变形关注的图像分类和密集预测任务。广泛的实验表明，我们的模型在综合基准上实现了一致的改善结果。代码可在https://github.com/leaplabthu/dat上获得。
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在本文中，我们提出了一个全面的点云语义分割网络，该网络汇总了本地和全球多尺度信息。首先，我们提出一个角度相关点卷积（ACPCONV）模块，以有效地了解点的局部形状。其次，基于ACPCONV，我们引入了局部多规模拆分（MSS）块，该块从一个单个块中连接到一个单个块中的特征，并逐渐扩大了接受场，这对利用本地上下文是有益的。第三，受HRNET的启发，在2D图像视觉任务上具有出色的性能，我们构建了一个针对Point Cloud的HRNET，以学习全局多尺度上下文。最后，我们介绍了一种融合多分辨率预测并进一步改善点云语义分割性能的点上的注意融合方法。我们在几个基准数据集上的实验结果和消融表明，与现有方法相比，我们提出的方法有效，能够实现最先进的性能。
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借助深度学习范式，许多点云网络已经发明了用于视觉分析。然而，由于点云数据的给定信息尚未完全利用，因此对这些网络的发展存在很大的潜力。为了提高现有网络在分析点云数据中的有效性，我们提出了一个即插即用模块，PNP-3D，旨在通过涉及更多来自显式3D空间的本地背景和全球双线性响应来改进基本点云特征表示隐含的功能空间。为了彻底评估我们的方法，我们对三个标准点云分析任务进行实验，包括分类，语义分割和对象检测，在那里我们从每个任务中选择三个最先进的网络进行评估。作为即插即用模块，PNP-3D可以显着提高已建立的网络的性能。除了在四个广泛使用的点云基准测试中实现最先进的结果，我们还提供了全面的消融研究和可视化，以展示我们的方法的优势。代码将在https://github.com/shiqiu0419/pnp-3d上获得。
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视觉变压器在众多计算机视觉任务上表现出了巨大的成功。然而，由于计算复杂性和记忆足迹是二次的，因此其中心分量（软磁性注意力）禁止视觉变压器扩展到高分辨率图像。尽管在自然语言处理（NLP）任务中引入了线性注意以减轻类似问题，但直接将现有的线性注意力应用于视觉变压器可能不会导致令人满意的结果。我们研究了这个问题，发现与NLP任务相比，计算机视觉任务更多地关注本地信息。基于这一观察结果，我们提出了附近的关注，该关注引入了具有线性复杂性的视觉变压器的局部性偏见。具体而言，对于每个图像补丁，我们根据其相邻贴片测量的2D曼哈顿距离调整了注意力重量。在这种情况下，相邻的补丁比遥远的补丁会受到更大的关注。此外，由于我们的附近注意力要求令牌长度比特征维度大得多，以显示其效率优势，因此我们进一步提出了一个新的附近视觉变压器（VVT）结构，以减少特征维度而不脱离准确性。我们在CIFAR100，ImagEnet1k和ADE20K数据集上进行了广泛的实验，以验证我们方法的有效性。当输入分辨率增加时，与以前的基于变压器和基于卷积的网络相比，GFLOP的增长率较慢。特别是，我们的方法达到了最新的图像分类精度，其参数比以前的方法少50％。
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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。
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视觉变压器（VIT）的最新进展在视觉识别任务中取得了出色的表现。卷积神经网络（CNNS）利用空间电感偏见来学习视觉表示，但是这些网络在空间上是局部的。 VIT可以通过其自我注意力机制学习全球表示形式，但它们通常是重量重量，不适合移动设备。在本文中，我们提出了交叉功能关注（XFA），以降低变压器的计算成本，并结合有效的移动CNN，形成一种新型有效的轻质CNN-CNN-VIT混合模型Xformer，可以用作通用的骨干链。学习全球和本地代表。实验结果表明，Xformer在不同的任务和数据集上的表现优于大量CNN和基于VIT的模型。在ImagEnet1k数据集上，XFormer以550万参数的优先级达到78.5％的TOP-1精度，比EdgitionNet-B0（基于CNN）（基于CNN）和DEIT（基于VIT）（基于VIT）的参数高2.2％和6.3％。当转移到对象检测和语义分割任务时，我们的模型也表现良好。在MS Coco数据集上，Xformer在Yolov3框架中仅超过10.5 AP（22.7-> 33.2 AP），只有630万参数和3.8克Flops。在CityScapes数据集上，只有一个简单的全MLP解码器，Xformer可实现78.5的MIOU，而FPS为15.3，超过了最先进的轻量级分割网络。
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本文解决了由多头自我注意力（MHSA）中高计算/空间复杂性引起的视觉变压器的低效率缺陷。为此，我们提出了层次MHSA（H-MHSA），其表示以层次方式计算。具体而言，我们首先将输入图像分为通常完成的补丁，每个补丁都被视为令牌。然后，拟议的H-MHSA学习本地贴片中的令牌关系，作为局部关系建模。然后，将小贴片合并为较大的贴片，H-MHSA对少量合并令牌的全局依赖性建模。最后，汇总了本地和全球专注的功能，以获得具有强大表示能力的功能。由于我们仅在每个步骤中计算有限数量的令牌的注意力，因此大大减少了计算负载。因此，H-MHSA可以在不牺牲细粒度信息的情况下有效地模拟令牌之间的全局关系。使用H-MHSA模块合并，我们建立了一个基于层次的变压器网络的家族，即HAT-NET。为了证明在场景理解中HAT-NET的优越性，我们就基本视觉任务进行了广泛的实验，包括图像分类，语义分割，对象检测和实例细分。因此，HAT-NET为视觉变压器提供了新的视角。可以在https://github.com/yun-liu/hat-net上获得代码和预估计的模型。
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视觉变压器（VIT）用作强大的视觉模型。与卷积神经网络不同，在前几年主导视觉研究，视觉变压器享有捕获数据中的远程依赖性的能力。尽管如此，任何变压器架构的组成部分，自我关注机制都存在高延迟和低效的内存利用，使其不太适合高分辨率输入图像。为了缓解这些缺点，分层视觉模型在非交错的窗口上局部使用自我关注。这种放松会降低输入尺寸的复杂性;但是，它限制了横窗相互作用，损害了模型性能。在本文中，我们提出了一种新的班次不变的本地注意层，称为查询和参加（QNA），其以重叠的方式聚集在本地输入，非常类似于卷积。 QNA背后的关键想法是介绍学习的查询，这允许快速高效地实现。我们通过将其纳入分层视觉变压器模型来验证我们的层的有效性。我们展示了速度和内存复杂性的改进，同时实现了与最先进的模型的可比准确性。最后，我们的图层尺寸尤其良好，窗口大小，需要高于X10的内存，而不是比现有方法更快。
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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。
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