旋转不变的2D视图-3D点云自编码器

摘要

点云的无监督表征学习对于理解和分析点云至关重要,基于三维重建的自动编码器是无监督学习中的重要架构。针对现有的自编码器存在旋转干扰和特征学习能力不足的问题,本文提出一个旋转不变的2D视图-3D点云自编码器。首先,设计局部融合全局的旋转不变特征转换策略。对于局部表示,利用手工设计特征对输入点云进行转换,生成旋转不变的点云表征;对于全局表示,提出一个基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)的对齐模块,将旋转点云对齐同一姿态下,在补充全局信息的同时排除旋转干扰。然后,在编码器设计局部和非局部特征提取模块,充分提取点云的局部空间特征和非局部上下文相关性,并建模不同层次特征之间的语义一致性。最后,提出一个基于PCA对齐的2D-3D重构的解码方法,重建对齐后的三维点云和二维视图,使编码器输出的点云表征集成来自3D点云和2D视图的丰富学习信号。实验结果表明:本算法在随机旋转的合成数据集ModelNet40和真实数据集ScanObjectNN上的识别精度分别为90.84%和89.02%,学习的点云表征在没有任何标签监督的情况下实现了良好的可辨别性,并且具有较好的旋转鲁棒性。