PointCleanNet翻译

PointCleanNet是一种基于深度学习的数据驱动方法,用于清除点云中的异常值和噪声。该方法借鉴PCPNet的架构,通过两阶段流程,首先分类并丢弃离群点,然后估计校正向量以消除噪声。这种方法在处理大量噪声和离群点时表现出高效和鲁棒性,适用于密集采样点云的清理,且易于集成到几何处理工作流中。通过广泛的评估,PointCleanNet在处理强噪声和真实数据的表面重建上优于现有先进技术,无需精确的噪声模型参数,简化了点云清理过程。

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摘要

用三维扫描仪或通过基于图像的重建技术获得的点云通常会被大量的噪声和异常值所破坏。传统的点云去噪方法在很大程度上依赖于局部表面拟合(例如,jets or
MLS surfaces)、局部或非局部平均,或关于底层噪声模型的统计假设。相比之下,我们开发了一种简单的数据驱动( data-driven)的方法来消除异常值和减少无序点云中的噪声。我们的方法基于一种基于PCPNet的深度学习架构,最近提出了它用于估计点云中的局部三维形状性质。我们的方法首先对离群点样本进行分类和丢弃,然后估计校正向量,将噪声点投射到原始的干净表面。该方法对不同数量的噪声和离群点是有效和健壮的,同时能够处理大的密集采样点云。在我们的广泛评估中,无论合成和真实数据,我们显示了与各种最先进的方法相比,对强噪声水平的鲁棒性增强,能够从范围扫描获得的极端噪声真实数据进行精确的表面重建。最后,我们的方法的简单性和普遍性使它非常容易集成到任何现有的几何处理中。代码和预训练的网络都可以在项目页面上找到。
1.Introduction
直接从采集设备获得的原始三维点云,例如激光扫描仪或作为重建算法的输出(例如基于图像的重建),经常被噪音和异常值所污染。大多数几何处理工作流的第一阶段通常包括通过丢弃异常点样本和剩余点去噪以显示(未知)扫描表面。然后干净输出用于表面重建、形状匹配、模型检索等一系列应用。
任何一个好的点云清理算法都应该(1)去噪和特征保存之间的平衡,即保留底层扫描表面的锐利边缘和局部细节同时去除离群点和噪声,保持数据保真度。(2)自协调,即不需要作为噪声模型的精确估计或未知扫描表面的统计数据(例如局部表面类型或曲率特征)。(3)对点集应用的置换和刚性变换保持不变,即去噪的输出不应取决于扫描的角度或坐标系的选择。(4)避免不必要地减少输入,即如果输入碰巧是无噪声的,则将点留在扫描表面。请注意,最后一个标准意味着,如果该算法被多次迭代,那么该算法不应该过度平滑输出。
几十年的研究已经产生了许多针对不同表面类型和噪声模型的不同去噪方法(参考文献)。这些方法可以广泛地分类为:使用统计方法将点分类为异常值;估计的局部曲面的投影点(比如MLS surface, jet-fitting等);合并相似的块来消除独立同分布的噪音扰动(例如非局部均值,基于字典的稀疏编码);使用辅助输入信息进行局部平滑(例如双边平滑处理)。不幸的是,在这些方法中没有一个赢家。算法的选择及其参数通常取决于扫描表面和采集设置的噪声特性。考虑到底层几何结构的复杂性和噪声特征在采集时最多是部分已知的,选择一个具有相关参数的最优算法通常是一个迭代的三角形误差过程。
灵感来自于最近应用深度学习技术进行几何数据分析和处理的成功,特别是为直接在点云上学习而设计的开创性作品Point Net。在这篇文章中,我们提出了Point Clean Net,一个简单的数据驱动的去噪方式。具体来说,我们设计了一个基于最近提出的PCPNet体系结构的两阶段的点云清洁网络,以估计局部特征的健壮性,并利用这些信息对点云进行去噪。在训练时,从一组形状中提取的各种表面块都具有异常值和不同大小的噪声(包括零噪声)。然后使用这个人为损坏的集来训练POINTCLEANNET。我们的两阶段方法首先去除离群点样本,然后估计其余点的校正向量。图1显示了来自ETHZ数据集中的原始真实世界扫描点云的示例。在这里插入图片描述
该过程由一种新的损失函数,它可以有效地清理点集,而不需要关于底层表面或噪声特征的明确信息。直观地说,该网络基于从相应的原始点集中提取的估计特征,学习识别局部无噪声块,并提出了每个点校正向量。换句话说,网络以局部学习特征的形式隐式地构建一个局部曲面块的字典,并使用它将输入点分类为异常值,并将其余的输入点投影到字典块的集合上。在测试时,我们的去噪网络直接消耗原始的输入点云,分类和丢弃异常值测量,并将剩余的点去噪。该方法训练和使用简单,不期望用户提供参数来表征表面或噪声模型。此外,与传统方法不同,我们的去噪网络可以很容易地适应特定形状族和非标准噪声模型。与其他数据驱动技术类似,我们的框架是基于成对的噪声清洁数据,我们在训练过程中合成生成,因此在不太可能出现显著不同的测试噪声时成功
我们在一系列的合成数据集和真实噪音数据集上对POINTCLEANNET进行了定性和定量的评估。在我们广泛的测试中,我们的方法在形状和中到高噪声的变化上都比各种最先进的去噪的方法(即使是手动调优的参数)表现得更好。此外,我们的方法的简单性和普遍性使得在任何现有的几何处理工作流中集成非常容易。
2.相关工作
点云去噪和离群值去除在计算机科学的不同领域有着悠久而丰富的历史,一个完整的概述超出了当前文章的范围。下面,我们简要回顾了解决这些问题的主要总体趋势,同时集中关注与我们最密切相关的解决方案,并向感兴趣的读者参考最近

<think>好的,我现在需要帮助用户寻找关于使用深度学习进行点云去噪的代码实现,特别是基于PyTorch和TensorFlow的GitHub项目。首先,我应该回忆一下相关的资源和库,可能包括一些知名的开源项目或论文的实现。 用户提到了他们想要在GitHub上找到相关的代码,所以可能需要列举一些具体的仓库。我记得有一些常见的库,比如PointNetPointNet++、DGCNN,这些虽然主要是用于分类或分割,但可能也有去噪的应用或者变种。此外,还有一些专门处理点云去噪的项目,比如DMRDenoise、PointCleanNet等。 接下来,我需要检查这些项目是否在GitHub上有PyTorch或TensorFlow的实现。例如,PointNetPointNet++的官方实现是TensorFlow的,但社区可能有PyTorch版本。而DGCNN通常是用PyTorch实现的。对于去噪,可能需要查找具体的论文代码,比如GraphXNet或者Score-based的点云去噪方法,这些可能在GitHub上有开源实现。 另外,用户可能需要一些示例代码片段,比如如何使用这些库进行去噪。例如,使用PyTorch加载模型并进行推理。可能需要参考一些仓库中的README或示例代码,给出如何调用模型的片段,包括数据预处理和后处理步骤。 还需要考虑引用用户提供的参考内容。用户提供的引用中有Flip Library(LinkedAI)的链接,可能是一个相关的资源?但不确定,可能需要检查。另外,引用[2]中的ViT示例可能与点云处理无关,但引用[3]提到深度学习在三维数据中的应用,可以关联到点云处理。 在整理信息时,需要确保推荐的GitHub项目是活跃的、有良好的文档和示例,并且确实实现了点云去噪的功能。同时,要区分不同的框架,分别列出PyTorch和TensorFlow的项目。如果某些项目同时支持两种框架,也要说明。 可能还需要提到一些工具库,比如Open3D,虽然它本身不是深度学习框架,但常用于点云的预处理和可视化,配合深度学习模型使用。例如,加载点云数据、应用去噪模型、然后可视化结果。 最后,生成相关问题,需要围绕点云去噪的实现、模型选择、数据准备、评估指标等展开,确保问题对用户有进一步的帮助。</think>以下是关于深度学习点云去噪的代码实现资源及实践方法: --- ### 一、GitHub开源项目推荐 1. **PointNet/PointNet++ (PyTorch)** - 项目地址:https://github.com/yanx27/Pointnet_Pointnet2_pytorch - 特点:虽然主要用于分类和分割,但可修改网络结构实现去噪任务。支持PyTorch,提供数据加载和训练框架[^3]。 2. **DMRDenoise (PyTorch)** - 项目地址:https://github.com/DeepMotionAIResearch/DMRDenoise - 特点:基于动态图卷积神经网络的点云去噪方法,直接处理无序点云,适合噪声分布不均的场景[^3]。 3. **PointCleanNet (TensorFlow)** - 项目地址:https://github.com/mrakotosaon/pointcleannet - 特点:专注于点云去噪和补全,通过监督学习预测噪声位移,支持TensorFlow实现。 --- ### 二、代码实现示例(PyTorch) 以下是一个简化的点云去噪模型训练流程: ```python import torch import torch.nn as nn from torch.utils.data import DataLoader class DenoiseNet(nn.Module): def __init__(self): super().__init__() self.mlp = nn.Sequential( nn.Linear(3, 64), nn.ReLU(), nn.Linear(64, 3) # 预测噪声位移 ) def forward(self, x): return x + self.mlp(x) # 输入输出均为(N,3)点云 # 数据加载与训练 dataset = YourPointCloudDataset() # 需自定义数据集 loader = DataLoader(dataset, batch_size=32) model = DenoiseNet() optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=1e-3) for epoch in range(100): for noisy_pc, clean_pc in loader: pred_pc = model(noisy_pc) loss = nn.MSELoss()(pred_pc, clean_pc) optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() ``` --- ### 三、关键实践建议 1. **数据准备** - 使用公开数据集如**PCNet**或**ShapeNet**,添加高斯噪声/离群点模拟真实场景。 - 预处理工具库推荐:`Open3D`(点云采样/归一化)。 2. **评估指标** - 常用指标:Chamfer Distance (CD)、Point-to-Surface Distance (P2F)。 3. **扩展工具** - **PyTorch3D**:提供点云损失函数和渲染支持(https://github.com/facebookresearch/pytorch3d)。 ---
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