PointPillars网络结构

paper:https://arxiv.org/abs/1812.05784

github:https://github.com/SmallMunich/nutonomy_pointpillars

(建议使用OpenPCDet训练测试)

简介

PointPillars是一种新型的点云编码方法,通过将3D点云转化为2D伪图像进行目标检测,避免了3D卷积的计算复杂性‌‌1。PointPillars的主要贡献在于提出了一种将点云转换为伪图像的方法,并利用2D卷积神经网络(CNN)进行目标检测,从而在速度和精度上达到了很好的平衡‌。

核心思路

PointPillars的核心思想是将3D点云转换为2D伪图像,然后使用2D CNN进行处理。

PointPillars其实延续了VoxelNet 和 SECOND 的思路。VoxelNet 的方法是直接用体素做3D卷积, SECOND 用了稀疏的卷积,而这篇文章则使用了pillar的方式,直接转成2维卷积进行计算提速。

### PointPillars 主网络中的 PointNet 架构实现 PointPillars 是一种高效的三维目标检测方法,在自动驾驶等领域广泛应用。该架构通过将点云数据转换成伪图像表示来简化处理流程,从而提高了计算效率。 #### 数据预处理阶段 原始 LiDAR 点云被分割成固定大小的柱状体(pillars)。对于每一个 pillar,提取其中所有点的空间特征并聚合这些局部几何特性。此过程利用了 PointNet 的能力来捕捉无序点集的本质属性[^1]。 ```python import torch.nn as nn class PillarFeatureNet(nn.Module): def __init__(self, num_input_features=9, use_norm=True, num_filters=(64,), with_distance=False): super().__init__() self._with_distance = with_distance # 定义 PointNet 层用于特征提取 self.pointnet_layer = nn.Sequential( nn.Conv1d(num_input_features, 64, kernel_size=1), nn.BatchNorm1d(64) if use_norm else nn.Identity(), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv1d(64, 128, kernel_size=1), nn.BatchNorm1d(128) if use_norm else nn.Identity(), nn.ReLU(inplace=True), nn.Conv1d(128, num_filters[-1], kernel_size=1) ) def forward(self, features, coords): pointwise = self.pointnet_layer(features) return pointwise.max(dim=-1)[0].unsqueeze(-1), None ``` #### 特征融合与卷积操作 经过初步编码后的pillar特征图会被进一步加工以增强表达力。具体来说,先应用一系列标准二维卷积层对pseudo-image进行多尺度抽象;之后再接上SSD风格的目标分类器和边框回归头完成最终预测任务[^3]。 ```python from torchvision.models import vgg16_bn class Backbone_2d(nn.Module): def __init__(self): super().__init__() backbone = vgg16_bn(pretrained=True).features[:-1] layers = list(backbone.children()) self.layer1 = nn.Sequential(*layers[:7]) self.layer2 = nn.Sequential(*layers[7:14]) self.layer3 = nn.Sequential(*layers[14:]) def forward(self, x): l1 = self.layer1(x) l2 = self.layer2(l1) out = self.layer3(l2) return [l1, l2, out] ``` 上述代码片段展示了如何基于 PointNet 实现 PointPillars 中的核心组件——即从稀疏点云输入到密集特征映射输出的过程。值得注意的是,尽管这里采用了 VGG 风格的基础骨干网作为后续处理模块,实际部署时可根据需求替换为其他更先进的模型结构如 ResNets 或 Transformers 来提升性能表现[^2]。
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