关键点匹配是多个图像相关应用的关键组件，例如图像拼接，视觉同时定位和映射（SLAM）等。基于手工制作和最近出现的深度学习的关键点匹配方法仅依赖于关键点和本地功能，同时在上述应用中丢失其他可用传感器（如惯性测量单元（IMU））的视觉。在本文中，我们证明IMU集成的运动估计可用于利用图像之间的关键点之前的空间分布。为此，提出了一种注意力制剂的概率视角，以自然地将空间分布集成到注意力图神经网络中。在空间分布的帮助下，可以减少用于建模隐藏特征的网络的努力。此外，我们为所提出的关键点匹配网络提出了一个投影损耗，它在匹配和未匹配的关键点之间提供了平滑的边缘。图像匹配在Visual Slam数据集上的实验表明了呈现的方法的有效性和效率。
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This paper introduces SuperGlue, a neural network that matches two sets of local features by jointly finding correspondences and rejecting non-matchable points. Assignments are estimated by solving a differentiable optimal transport problem, whose costs are predicted by a graph neural network. We introduce a flexible context aggregation mechanism based on attention, enabling SuperGlue to reason about the underlying 3D scene and feature assignments jointly. Compared to traditional, hand-designed heuristics, our technique learns priors over geometric transformations and regularities of the 3D world through end-to-end training from image pairs. SuperGlue outperforms other learned approaches and achieves state-of-the-art results on the task of pose estimation in challenging real-world indoor and outdoor environments. The proposed method performs matching in real-time on a modern GPU and can be readily integrated into modern SfM or SLAM systems. The code and trained weights are publicly available at github.com/magicleap/SuperGluePretrainedNetwork.
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Erroneous feature matches have severe impact on subsequent camera pose estimation and often require additional, time-costly measures, like RANSAC, for outlier rejection. Our method tackles this challenge by addressing feature matching and pose optimization jointly. To this end, we propose a graph attention network to predict image correspondences along with confidence weights. The resulting matches serve as weighted constraints in a differentiable pose estimation. Training feature matching with gradients from pose optimization naturally learns to down-weight outliers and boosts pose estimation on image pairs compared to SuperGlue by 6.7% on ScanNet. At the same time, it reduces the pose estimation time by over 50% and renders RANSAC iterations unnecessary. Moreover, we integrate information from multiple views by spanning the graph across multiple frames to predict the matches all at once. Multi-view matching combined with end-to-end training improves the pose estimation metrics on Matterport3D by 18.8% compared to SuperGlue.
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现有方法以非可分子点检测关键点，因此它们不能直接通过背部传播优化关键点的位置。为解决此问题，我们呈现了一个可差异的关键点检测模块，其输出精确的子像素键点。然后提出了再分断损耗直接优化这些子像素键点，并且呈现了分散峰值损耗以获得准确的关键点正则化。我们还以子像素方式提取描述符，并通过稳定的神经输注误差丢失训练。此外，轻量化网络被设计用于关键点检测和描述符提取，其可以在商业GPU上以每秒95帧运行为95帧。在同性记估计，相机姿态估计和视觉（重新）定位任务中，所提出的方法通过最先进的方法实现了相同的性能，而大大减少了推理时间。
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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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We introduce a lightweight network to improve descriptors of keypoints within the same image. The network takes the original descriptors and the geometric properties of keypoints as the input, and uses an MLP-based self-boosting stage and a Transformer-based cross-boosting stage to enhance the descriptors. The enhanced descriptors can be either real-valued or binary ones. We use the proposed network to boost both hand-crafted (ORB, SIFT) and the state-of-the-art learning-based descriptors (SuperPoint, ALIKE) and evaluate them on image matching, visual localization, and structure-from-motion tasks. The results show that our method significantly improves the performance of each task, particularly in challenging cases such as large illumination changes or repetitive patterns. Our method requires only 3.2ms on desktop GPU and 27ms on embedded GPU to process 2000 features, which is fast enough to be applied to a practical system.
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We present a novel method for local image feature matching. Instead of performing image feature detection, description, and matching sequentially, we propose to first establish pixel-wise dense matches at a coarse level and later refine the good matches at a fine level. In contrast to dense methods that use a cost volume to search correspondences, we use self and cross attention layers in Transformer to obtain feature descriptors that are conditioned on both images. The global receptive field provided by Transformer enables our method to produce dense matches in low-texture areas, where feature detectors usually struggle to produce repeatable interest points. The experiments on indoor and outdoor datasets show that LoFTR outperforms state-of-the-art methods by a large margin. LoFTR also ranks first on two public benchmarks of visual localization among the published methods. Code is available at our project page: https://zju3dv.github.io/loftr/.
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由于其对环境变化的鲁棒性，视觉猛感的间接方法是受欢迎的。 ORB-SLAM2 \ CITE {ORBSLM2}是该域中的基准方法，但是，除非选择帧作为关键帧，否则它会消耗从未被重用的描述符。轻量级和高效，因为它跟踪相邻帧之间的关键点而不计算描述符。为此，基于稀疏光流提出了一种两个级粗到微小描述符独立的Keypoint匹配方法。在第一阶段，我们通过简单但有效的运动模型预测初始关键点对应，然后通过基于金字塔的稀疏光流跟踪鲁棒地建立了对应关系。在第二阶段，我们利用运动平滑度和末端几何形状的约束来改进对应关系。特别是，我们的方法仅计算关键帧的描述符。我们在\ texit {tum}和\ texit {icl-nuim} RGB-D数据集上测试Fastorb-Slam，并将其准确性和效率与九种现有的RGB-D SLAM方法进行比较。定性和定量结果表明，我们的方法实现了最先进的准确性，并且大约是ORB-SLAM2的两倍。
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在图像之间生成健壮和可靠的对应关系是多种应用程序的基本任务。为了在全球和局部粒度上捕获上下文，我们提出了Aspanformer，这是一种基于变压器的无探测器匹配器，建立在层次的注意力结构上，采用了一种新颖的注意操作，能够以自适应方式调整注意力跨度。为了实现这一目标，首先，在每个跨注意阶段都会回归流图，以定位搜索区域的中心。接下来，在中心周围生成一个采样网格，其大小不是根据固定的经验配置为固定的，而是根据与流图一起估计的像素不确定性的自适应计算。最后，在派生区域内的两个图像上计算注意力，称为注意跨度。通过这些方式，我们不仅能够维持长期依赖性，而且能够在高相关性的像素之间获得细粒度的注意，从而补偿基本位置和匹配任务中的零件平滑度。在广泛的评估基准上的最新准确性验证了我们方法的强匹配能力。
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本地图像功能匹配，旨在识别图像对的识别和相应的相似区域，是计算机视觉中的重要概念。大多数现有的图像匹配方法遵循一对一的分配原则，并采用共同最近的邻居来确保跨图像之间本地特征之间的独特对应关系。但是，来自不同条件的图像可能会容纳大规模变化或观点多样性，以便一对一的分配可能在密集匹配中导致模棱两可或丢失的表示形式。在本文中，我们介绍了一种新颖的无探测器本地特征匹配方法Adamatcher，该方法首先通过轻巧的特征交互模块与密集的特征相关联，并估算了配对图像的可见面积，然后执行贴片级多到 - 一个分配可以预测匹配建议，并最终根据一对一的完善模块进行完善。广泛的实验表明，Adamatcher的表现优于固体基线，并在许多下游任务上实现最先进的结果。此外，多对一分配和一对一的完善模块可以用作其他匹配方法（例如Superglue）的改进网络，以进一步提高其性能。代码将在出版时提供。
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在许多视觉应用程序中，查找跨图像的对应是一项重要任务。最新的最新方法着重于以粗到精细的方式设计的基于端到端学习的架构。他们使用非常深的CNN或多块变压器来学习强大的表示，这需要高计算能力。此外，这些方法在不理解对象，图像内部形状的情况下学习功能，因此缺乏解释性。在本文中，我们提出了一个用于图像匹配的体系结构，该体系结构高效，健壮且可解释。更具体地说，我们介绍了一个名为toblefm的新型功能匹配模块，该模块可以大致将图像跨图像的空间结构大致组织到一个主题中，然后扩大每个主题内部的功能以进行准确的匹配。为了推断主题，我们首先学习主题的全局嵌入，然后使用潜在变量模型来检测图像结构将图像结构分配到主题中。我们的方法只能在共同可见性区域执行匹配以减少计算。在室外和室内数据集中进行的广泛实验表明，我们的方法在匹配性能和计算效率方面优于最新方法。该代码可在https://github.com/truongkhang/topicfm上找到。
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This paper proposes a generalizable, end-to-end deep learning-based method for relative pose regression between two images. Given two images of the same scene captured from different viewpoints, our algorithm predicts the relative rotation and translation between the two respective cameras. Despite recent progress in the field, current deep-based methods exhibit only limited generalization to scenes not seen in training. Our approach introduces a network architecture that extracts a grid of coarse features for each input image using the pre-trained LoFTR network. It subsequently relates corresponding features in the two images, and finally uses a convolutional network to recover the relative rotation and translation between the respective cameras. Our experiments indicate that the proposed architecture can generalize to novel scenes, obtaining higher accuracy than existing deep-learning-based methods in various settings and datasets, in particular with limited training data.
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小天体的任务在很大程度上依赖于光学特征跟踪，以表征和相对导航。尽管深度学习导致了功能检测和描述方面的巨大进步，但由于大规模，带注释的数据集的可用性有限，因此培训和验证了空间应用程序的数据驱动模型具有挑战性。本文介绍了Astrovision，这是一个大规模数据集，由115,970个密集注释的，真实的图像组成，这些图像是过去和正在进行的任务中捕获的16个不同物体的真实图像。我们利用Astrovision开发一组标准化基准，并对手工和数据驱动的功能检测和描述方法进行详尽的评估。接下来，我们采用Astrovision对最先进的，深刻的功能检测和描述网络进行端到端培训，并在多个基准测试中表现出改善的性能。将公开使用完整的基准管道和数据集，以促进用于空间应用程序的计算机视觉算法的发展。
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我们解决了一对图像之间找到密集的视觉对应关系的重要任务。由于各种因素，例如质地差，重复的模式，照明变化和运动模糊，这是一个具有挑战性的问题。与使用密集信号基础真相作为本地功能匹配培训的直接监督的方法相反，我们训练3DG-STFM：一种多模式匹配模型（教师），以在3D密集的对应性监督下执行深度一致性，并将知识转移到2D单峰匹配模型（学生）。教师和学生模型均由两个基于变压器的匹配模块组成，这些模块以粗略的方式获得密集的对应关系。教师模型指导学生模型学习RGB诱导的深度信息，以实现粗糙和精细分支的匹配目的。我们还在模型压缩任务上评估了3DG-STFM。据我们所知，3DG-STFM是第一种用于本地功能匹配任务的学生教师学习方法。该实验表明，我们的方法优于室内和室外摄像头姿势估计以及同型估计问题的最先进方法。代码可在以下网址获得：https：//github.com/ryan-prime/3dg-stfm。
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近年来，由通过图表神经网络（GNN）模型的学习鉴别表现来源，深图形匹配方法在匹配语义特征的任务中取得了很大的进展。然而，这些方法通常依赖于启发式生成的图形模式，这可能引入不可靠的关系来损害匹配性能。在本文中，我们提出了一个名为Glam的联合\ EMPH {图学习和匹配}网络，以探索用于升压图形匹配的可靠图形结构。 Glam采用纯粹的关注框架，用于图形学习和图形匹配。具体而言，它采用两种类型的注意机制，自我关注和横向于任务。自我关注发现功能之间的关系，并通过学习结构进一步更新功能表示;并且横向计算要与特征重建匹配的两个特征集之间的横谱图相关性。此外，最终匹配解决方案直接来自横向层的输出，而不采用特定的匹配决策模块。所提出的方法是在三个流行的视觉匹配基准（Pascal VOC，Willow Object和Spair-71K）上进行评估，并且在以前的最先进的图表匹配方法中通过所有基准测试的重要利润率。此外，我们的模型学习的图形模式被验证，通过用学习的图形结构替换其手工制作的图形结构，能够显着增强先前的深度图匹配方法。
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点云注册是许多应用程序（例如本地化，映射，跟踪和重建）的基本任务。成功的注册依赖于提取鲁棒和歧视性的几何特征。现有的基于学习的方法需要高计算能力来同时处理大量原始点。尽管这些方法取得了令人信服的结果，但由于高计算成本，它们很难在现实情况下应用。在本文中，我们介绍了一个框架，该框架使用图形注意网络有效地从经济上提取密集的特征，以进行点云匹配和注册（DFGAT）。 DFGAT的检测器负责在大型原始数据集中找到高度可靠的关键点。 DFGAT的描述符将这些关键点与邻居相结合，以提取不变的密度特征，以准备匹配。图形注意力网络使用了丰富点云之间关系的注意机制。最后，我们将其视为最佳运输问题，并使用Sinkhorn算法找到正匹配和负面匹配。我们对KITTI数据集进行了彻底的测试，并评估了该方法的有效性。结果表明，与其他最先进的方法相比，使用有效紧凑的关键点选择和描述可以实现最佳性能匹配指标，并达到99.88％注册的最高成功率。
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本地功能匹配是在子像素级别上的计算密集任务。尽管基于检测器的方法和特征描述符在低文本场景中遇到了困难，但具有顺序提取到匹配管道的基于CNN的方法无法使用编码器的匹配能力，并且倾向于覆盖用于匹配的解码器。相比之下，我们提出了一种新型的层次提取和匹配变压器，称为火柴场。在层次编码器的每个阶段，我们将自我注意事项与特征提取和特征匹配的交叉注意相结合，从而产生了人直觉提取和匹配方案。这种匹配感知的编码器释放了过载的解码器，并使该模型高效。此外，将自我交叉注意在分层体系结构中的多尺度特征结合起来，可以提高匹配的鲁棒性，尤其是在低文本室内场景或更少的室外培训数据中。得益于这样的策略，MatchFormer是效率，鲁棒性和精度的多赢解决方案。与以前的室内姿势估计中的最佳方法相比，我们的Lite MatchFormer只有45％的Gflops，但获得了 +1.3％的精度增益和41％的运行速度提升。大型火柴构造器以四个不同的基准达到最新的基准，包括室内姿势估计（SCANNET），室外姿势估计（Megadepth），同型估计和图像匹配（HPATCH）和视觉定位（INLOC）。
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循环闭合检测是同时定位和映射（SLAM）系统的重要组成部分，这减少了随时间累积的漂移。多年来，已经提出了一些深入的学习方法来解决这项任务，但是与手工制作技术相比，他们的表现一直是SubPar，特别是在处理反向环的同时。在本文中，我们通过同时识别先前访问的位置并估计当前扫描与地图之间的6-DOF相对变换，有效地检测LIDAR点云中的LINAS点云中的环闭环的新颖LCDNET。 LCDNET由共享编码器组成，一个地方识别头提取全局描述符，以及估计两个点云之间的变换的相对姿势头。我们基于不平衡的最佳运输理论介绍一种新颖的相对姿势，我们以可分散的方式实现，以便实现端到端训练。在多个现实世界自主驾驶数据集中的LCDNET广泛评估表明我们的方法优于最先进的环路闭合检测和点云登记技术，特别是在处理反向环的同时。此外，我们将所提出的循环闭合检测方法集成到LIDAR SLAM库中，以提供完整的映射系统，并在看不见的城市中使用不同的传感器设置展示泛化能力。
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作为智能机器人的一项基本任务，Visual Slam在过去几十年中取得了长足的进步。但是，在高度弱质地的环境下，强大的大满贯仍然非常具有挑战性。在本文中，我们提出了一个名为RWT-Slam的新型视觉大满贯系统，以解决这个问题。我们修改LOFTR网络，该网络能够在低纹理的场景下产生密集的点匹配以生成特征描述符。为了将新功能集成到流行的Orb-Slam框架中，我们开发了功能面具，以滤除不可靠的功能并采用KNN策略来增强匹配的鲁棒性。我们还对新的描述符进行了视觉词汇，以有效地循环结束。在TUM和Openloris等各种公共数据集以及我们自己的数据中测试了由此产生的RWT-SLAM。结果显示在高度弱质地的环境下表现非常有希望。
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在两个图像之间建立密集对应是基本计算机视觉问题，通常通过匹配本地特征描述符来解决。然而，如果没有全球意识，这种本地特征通常不足以消除类似地区。并计算图像的成对特征相关性是计算昂贵和内存密集型。为了使本地特征意识到全球背景并提高其匹配的准确性，我们介绍了DendeGap，一种新的解决方案，以获得高效密集的信念学习，在锚点上调节图形结构化神经网络。具体地，我们首先提出利用锚点的曲线图结构，以在和图像间的情况下之前提供稀疏但可靠，并通过定向边沿传播到所有图像点。我们还通过光加权消息传递层设计了图形结构化网络以广播多级上下文，并以低内存成本生成高分辨率特征映射。最后，基于预测的特征图，我们使用循环一致性引入用于准确的对应预测的粗略框架。我们的特征描述符捕获本地和全局信息，从而启用一个连续的特征字段，用于以高分辨率查询任意点。通过对大型室内和室外数据集的全面的消融实验和评估，我们证明我们的方法在大多数基准上推动了最先进的函授学习。
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