自動(dòng)駕駛汽車的激光雷達(dá)傳感器通過(guò)發(fā)出紅外光脈沖，并測(cè)量它們從物體上彈回的時(shí)間，傳感器創(chuàng)造點(diǎn)云，建立汽車周圍環(huán)境的3D快照，從而幫助車輛行駛。理解原始的點(diǎn)云數(shù)據(jù)十分困難，而且在機(jī)器學(xué)習(xí)時(shí)代到來(lái)之前，需要訓(xùn)練有素的工程師明確他們希望手動(dòng)捕獲的特征。據(jù)外媒報(bào)道，麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與AI實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）研究人員最新發(fā)表了一系列論文，表示可以利用深度學(xué)習(xí)自動(dòng)處理3D成像應(yīng)用的點(diǎn)云。

（圖片來(lái)源：麻省理工學(xué)院）

論文資深作者之一，麻省理工學(xué)院教授Justin Solomon表示，“目前，90%的計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器學(xué)習(xí)僅涉及2D圖像。我們的工作旨在幫助更好地表現(xiàn)3D世界，且不僅限于自動(dòng)駕駛應(yīng)用，還包括所有需要理解3D形狀的領(lǐng)域。”

以前，大多數(shù)方法在從數(shù)據(jù)中獲取點(diǎn)云的模式方面都不是特別成功，而這些數(shù)據(jù)是從空間中的3D點(diǎn)中獲取有用信息所必需的。在該團(tuán)隊(duì)的一篇論文中，研究人員展示了他們分析點(diǎn)云的方法EdgeConv，通過(guò)使用動(dòng)態(tài)圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)蝹€(gè)對(duì)象進(jìn)行分類和分割。豐田研究所（Toyota Research Institute）的機(jī)器學(xué)習(xí)科學(xué)家Wadim Kehl表示，“該算法通過(guò)構(gòu)建相鄰點(diǎn)的圖，可以捕捉層級(jí)模式，從而推斷出多種類型的通用信息，可供多種下游任務(wù)使用?！?

此外，該團(tuán)隊(duì)還研究了點(diǎn)云處理的其他方面。例如，大多數(shù)傳感器在3D世界中移動(dòng)時(shí)會(huì)改變視角，每次對(duì)同一物體重新進(jìn)行掃描時(shí)，物體的位置可能與上次看到的不同。要將多個(gè)點(diǎn)云合并成一個(gè)詳細(xì)的世界視圖，需要對(duì)齊多個(gè)3D點(diǎn)，這一過(guò)程稱為“配準(zhǔn)”（registration）。論文作者之一Yue Wang博士表示，“配準(zhǔn)能使我們將來(lái)自不同來(lái)源的3D數(shù)據(jù)整合到一個(gè)共同的坐標(biāo)系統(tǒng)。否則，我們無(wú)法從這些方法中獲取有意義的信息?！?

Solomon和Wang的第二篇論文演示了一種新的配準(zhǔn)算法，稱為DCP（Deep Closest Point，深度最近點(diǎn)），能更好地找到點(diǎn)云的可識(shí)別模式、點(diǎn)和邊緣，以便與其他點(diǎn)云對(duì)齊。這對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車確定其在環(huán)境中的位置（定位）尤為重要。

DCP的一個(gè)局限性是其假設(shè)可以看到整個(gè)形狀，而不僅是一面。這意味著DCP不能對(duì)齊物體形狀的部分視圖（稱為“部分到部分配準(zhǔn)”）。因此，在第三篇論文中，研究人員提出了一種改進(jìn)的算法，稱為部分配準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)（PRNet）。

Solomon表示，現(xiàn)有的3D數(shù)據(jù)與2D圖像和照片相比，往往相當(dāng)混亂、無(wú)結(jié)構(gòu)化。Solomon的團(tuán)隊(duì)試圖在沒(méi)有大量機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)需要的受控環(huán)境下，從混亂的3D數(shù)據(jù)中獲取有意義的信息。DCP和PRNet標(biāo)明，點(diǎn)云處理的一個(gè)關(guān)鍵方面是情境。點(diǎn)云A與點(diǎn)云B對(duì)齊所需的幾何特征可能不同于將其與點(diǎn)云C對(duì)齊所需的特性。例如，在部分配準(zhǔn)時(shí)，一個(gè)點(diǎn)云的形狀的一部分可能在其他點(diǎn)云上是不可見(jiàn)的，因此無(wú)法用于配準(zhǔn)。

Wang表示，該團(tuán)隊(duì)的工具已被計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的許多研究人員使用。接下來(lái)，研究人員希望將這些算法應(yīng)用于真實(shí)世界數(shù)據(jù)，包括從自動(dòng)駕駛汽車收集的數(shù)據(jù)。Wang還表示，他們還計(jì)劃使用自我監(jiān)督學(xué)習(xí)，探索訓(xùn)練其系統(tǒng)的潛力，從而最小化所需的人類注釋。