65、探索 Geodesic-Former:用于少样本 3D 点云实例分割的新方法

探索 Geodesic-Former:用于少样本 3D 点云实例分割的新方法

1. 背景与动机

在 3D 点云实例分割领域,少样本学习是一个具有挑战性的问题。传统方法在处理少样本情况时,往往会遇到前景(FG)和背景(BG)分类混淆的问题。为了解决这些问题,提出了 Geodesic-Former 方法,旨在实现更高效、准确的少样本 3D 点云实例分割。

2. 方法概述
  • 不进行对象类别预测 :由于在训练和测试阶段的少样本设置中存在 FG 和 BG 混淆的问题,不直接预测对象类别。而是使用相似性网络来过滤前景锚点。
  • 动态卷积 :为动态卷积准备特征,其权重由变压器解码器预测。掩码头以查询点特征 $F_q \in R^{N_q×d}$ 为输入,通过应用两个带有批量归一化(Batch Norm)和 ReLU 的多层感知机(MLP)块,生成掩码特征 $F_{mask} \in R^{N_q×d}$。同时,将每个锚点 $i$ 的测地距离嵌入 $G_i \in R^{N_q×d}$ 直接附加到掩码特征上,以获得最终的实例掩码 $\hat{m} i \in [0, 1]^{N_q×1}$,公式如下:
    $\hat{m}_i = Conv([F
    {mask}; G_i]; W_i)$
    其中 $[·; ·]$ 是连接操作,Conv 由多个卷积层实现。
3. 训练策略
  • 预训练
    • 对 U-Net 骨干网络、掩码
基于TROPOMI高光谱遥感仪器获取的大气成分观测资料,本研究聚焦于大气污染物一氧化氮(NO₂)的空间分布与浓度定量反演问题。NO₂作为影响空气质量的关键指标,其精确监测对环境保护与大气科学研究具有显著价值。当前,利用卫星遥感数据结合先进算法实现NO₂浓度的高精度反演已成为该领域的重要研究方向。 本研究构建了一套以深度学习为核心的技术框架,整合了来自TROPOMI仪器的光谱辐射信息、观测几何参数以及辅助气象数据,形成多维度特征数据集。该数据集充分融合了不同来源的观测信息,为深入解析大气中NO₂的时空变化规律提供了数据基础,有助于提升反演模型的准确性与环境预测的可靠性。 在模型架构方面,项目设计了一种多分支神经网络,用于分别处理光谱特征与气象特征等多模态数据。各分支通过独立学习提取代表性特征,并在深层网络中进行特征融合,从而综合利用不同数据的互补信息,显著提高了NO₂浓度反演的整体精度。这种多源信息融合策略有效增强了模型对复杂大气环境的表征能力。 研究过程涵盖了系统的数据处理流程。前期预处理包括辐射定标、噪声抑制及数据标准化等步骤,以保障输入特征的质量与一致性;后期处理则涉及模型输出的物理量转换与结果验证,确保反演结果符合实际大气浓度范围,提升数据的实用价值。 此外,本研究进一步对不同功能区域(如城市建成区、工业带、郊区及自然背景区)的NO₂浓度分布进行了对比分析,揭示了人类活动与污染物空间格局的关联性。相关结论可为区域环境规划、污染管控政策的制定提供科学依据,助力大气环境治理与公共健康保护。 综上所述,本研究通过融合TROPOMI高光谱数据与多模态特征深度学习技术,发展了一套高效、准确的大气NO₂浓度遥感反演方法,不仅提升了卫星大气监测的技术水平,也为环境管理与决策支持提供了重要的技术工具。 资源来源于网络分享,仅用于学习交流使用,请勿用于商业,如有侵权请联系我删除!
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