作者单位
摘要
1 中国地质大学(武汉)数学与物理学院,湖北 武汉 430074
2 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院,湖北 武汉 430074
针对动态图卷积神经网络(dynamic graph convolutional neural network, DGCNN)聚合邻居点信息时的局限性,提出一种增强特征融合的动态图卷积神经网络模型EFF-DGCNN,并应用于机载LiDAR点云分类。该模型主要基于DGCNN提出特征增强模块和特征融合模块,对原始三维点云进行分类。首先,基于DGCNN对原始点云进行边缘卷积获取局部特征和全局特征;然后,将全局特征集成于各层的局部特征得到增强局部特征,据此凸显点云不同特征的重要性,使网络更加关注有利于分类的特征;最后,对不同增强局部特征进行特征融合得到深层次特征,从而实现点云的分类。为验证所提模型的分类性能,在GML_DataSetA数据集和ISPRS数据集分别进行了点云分类试验。试验结果表明:相比于DGCNN,所提EFF-DGCNN模型具有更好的分类能力,能更好地区分结构相似的点云。
机载激光雷达 点云分类 边缘卷积 特征增强 特征融合 airborne light detection and ranging point cloud classification edge convolution feature enhancement feature fusion 
应用激光
2023, 43(6): 0132
张润江 1,2郭杰龙 2,3俞辉 2,3兰海 2[ ... ]魏宪 2,3,*
作者单位
摘要
1 福州大学 电气工程与自动化学院,福建 福州 350108
2 中国科学院 福建物质结构研究所,福建 福州 350002
3 中国科学院 海西研究院 泉州装备制造研究中心,福建 泉州 362000
针对目前增量学习中所面向目标都是固定姿态这一现象,本文考虑了更严格的设定,即面向多姿态目标的在线类增量学习,并提出了无视姿态重放方法来缓解在线类增量学习中面对多姿态目标时的灾难性遗忘。首先,将2D/3D目标进行点云化处理,以方便提取目标的有效几何信息;其次,基于SE(d)(d=2,3)群对网络进行平移旋转等变性改进,使网络能够提取更丰富的几何信息,从而降低模型在每个任务中受目标姿态的影响;最后,根据损失变化采样特定样本用于重放来缓解灾难性遗忘。实验结果表明,在面对固定姿态目标MNIST、CIFAR-10时,本文方法的最终平均精度分别达到了88%和42.6%,与对比方法结果相近,但最终平均遗忘率明显优于对比方法,分别降低了约3%和15%。在面对多姿态目标RotMNIST、trCIFAR-10时,本文方法依旧能很好地保持在固定姿态目标中的表现,基本不受目标姿态的影响。此外,在3D数据集ModelNet40中的表现也依旧稳定。本文所提方法在在线类增量学习中能够不受目标姿态的影响,同时能缓解灾难性遗忘,具有很好的稳定性和可塑性。
在线类增量学习 灾难性遗忘 无视姿态重放 等变性 点云分类 online class-incremental learning catastrophic forgetting ignoring pose replay equivariance point cloud classification 
液晶与显示
2023, 38(11): 1542
作者单位
摘要
华南理工大学土木与交通学院,广东 广州 510641
为了解决现有的深度学习点云分类方法对局部特征挖掘不充分的问题并提升不同层级特征融合的质量,提出一种基于图卷积和多层特征融合的点云分类方法。首先,构造K邻域图,在此基础上利用改进的边缘函数提取更细粒度的边特征,并使用基于注意力机制的聚合方法获取更具代表性的局部特征。然后,通过多层特征融合模块调整中间特征的通道权值,引入残差连接融合不同层级的特征,加深网络层之间的信息传递。在标准公开数据集ModelNet40上的实验结果表明,相比其他点云分类方法,所提方法的分类性能更好,总体分类精度为93.2%,并且具有较强的鲁棒性。
机器视觉 深度学习 点云分类 图卷积 多层特征融合 
激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1415003
作者单位
摘要
1 辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院,辽宁 阜新 123000
2 黑龙江地理信息工程院,黑龙江 哈尔滨 150081
对比仅包含多光谱信息、仅可实现二维土地覆盖分类的传统光学遥感数据,机载多光谱激光雷达(multispectral light detection and ranging,MS-LiDAR)的优势在于同时包含多光谱和空间信息、可实现三维土地覆盖分类,但现有的机载MS-LiDAR数据的土地覆盖分类研究所需特征维度过高、算法复杂度高。因此,提出了一种整合空间相关性和归一化差分比率指数(Normalized Difference Ratio Index,NDRI)特征的逐步分类算法。该算法首先融合机载MS-LiDAR数据的多波段独立点云,获取兼具空间位置及其多光谱信息的单一点云数据;然后利用空间邻域增长下的地面滤波算法分离地面和非地面点;接着基于不同目标的激光反射特性差异设计将草地(树木)自地面(非地面)中分离的NDRI指数,并利用类间方差最大原则下的自适应最优NDRI指数实现地面和非地面点的精细分类;最后利用3D多数投票法优化分类结果。采用加拿大Optech Titan实测MS-LiDAR数据测试提出算法的有效性及可行性,实验结果表明:算法的平均总体精度和Kappa系数分别可达90.17%和0.861,可有效实现城区MS-LiDAR数据的三维土地覆盖分类;分步处理的方式更有利于针对具体的分离目标的特点设计简单且有效的规则,算法设计更简单、复杂度低;NDRI可为其他机器学习算法的显著性特征的设计和选择提供理论支撑。
机载多光谱激光雷达 点云分类 三维土地覆盖分类 归一化差分比率指数 滤波 airborne multispectral lidar point cloud classification 3D land cover classification normalized difference ratio index filtering 
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220376
作者单位
摘要
上海海事大学物流工程学院,上海 201306
为进一步提高大规模多种类三维点云分类的准确率,提出一种局部区域建立K近邻点关系的卷积神经网络,其关键是从点与点的关系中进行学习。在采样组采样后,对点云模型进行建图,从点与点之间的关系以及中心点的特征进行更深一步的关系学习,从而进行点云的分类工作。由于是从局部的特征整合到整体,使得该方法对形状感知敏感并具有鲁棒性。最终的试验结果表明,该算法在公开数据集ModelNet40上的准确率达到92.5%。与现有的三维点云分类算法相比,其能够更有效地整合局部特征和全局特征,从而能进一步提高三维点云模型分类的准确性。
机器视觉 点云分类 深习 点球模型 K最近邻 machine vision point cloud classification deep learning penalty kick model K-nearest neighbor 
应用激光
2022, 42(2): 78
刘杰 1,2耿国华 1,2,*田煜 1,2王毅 1,2[ ... ]周明全 1,2
作者单位
摘要
1 西北大学 文化遗产数字化国家地方联合工程研究中心,陕西西安7027
2 西北大学 信息科学与技术学院,陕西西安71017
针对现有陶制文物表征学习方法是基于大量带标签数据的有监督学习方法,人工标记费时耗力且不能有效地学习到点云内在结构信息等问题,本文提出一种基于局部-整体双向推理的无监督表征学习方法。首先,提出多尺度壳卷积层级结构编码器提取不同尺度的文物碎片局部特征。其次,利用局部到整体推理模块将提取的局部特征映射得到全局特征,通过度量学习衡量两者之间差异,进行反复学习。然后,利用整体到局部推理模块以确保获取到的全局特征的质量。最后,在不同层次的局部结构和整体形状之间通过双向推理来学习文物点云表征,并将学习到的点云表征应用于分类下游任务。该网络模型在兵马俑数据集和ModelNet40公开数据集上的分类精度分别达到了93.33%和92.02%,分别高于PointNet 4.4%和2.82%。同时缩小了下游分类任务中无监督和有监督学习方法之间的差距。
无监督表征学习 多尺度 深度学习 点云分类 文物虚拟修复 unsupervised representation learning multi-scale strategy deep learning point cloud classification virtual restoration of cultural relics 
光学 精密工程
2022, 30(18): 2241
作者单位
摘要
河南理工大学测绘与国土信息工程学院,河南 焦作 454000
针对三维深度学习网络PointNet中缺少点局部特征描述而导致的分类精度较低的问题,提出了一种整合图卷积模型与PointNet的机载激光雷达点云分类方法。该方法首先通过最小香农熵准则确定点的最优邻域,计算出点云的浅层特征;然后将点云的浅层特征输入深度学习网络中,通过图卷积提取点云局部特征,并将该特征与PointNet提取的点特征、全局特征组合得到特征向量;最后,将上述特征向量输入设计的多层感知机实现点云的准确分类。利用国际摄影测量与遥感协会提供的Vaihingen点云数据集进行了验证,实验结果表明,所提方法相较于PointNet点云分类方法精度提高了9.58个百分点。
遥感 机载激光雷达 点云分类 图卷积 最优k邻域 PointNet 
激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2228003
作者单位
摘要
华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200241
提出一种基于地面激光雷达(TLS)点云数据的滩涂湿地单株禾本科植物的茎叶分离算法。在对植株茎叶形态进行划分的基础上,通过对植株点云光谱反射信息(强度数据)及空间几何特征(密度、法向量、空间连通性)的发掘和充分利用,实现叶片与茎秆部分的精准分离。利用Riegl VZ-4000 TLS获取上海市崇明岛西部岸滩共计16株芦竹与芦苇的点云数据,利用所提算法进行实验分析,获得了平均总体精度和Kappa一致性系数分别为0.87和0.68的茎叶分离结果。结果表明,所提算法具有较高的精度及稳健性,可为滩涂湿地禾本科植物茎叶分离提供一种高效的方法。
遥感 点云分类 茎叶分割 滩涂湿地 禾本科植物 激光雷达 
中国激光
2022, 49(13): 1310001
作者单位
摘要
1 上海工程技术大学电子电气工程学院,上海 201620
2 武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北 武汉 430081
与密集网格表示的图像不同,点云自身具有不规则和无序性的特点,因而如何准确地推理出点云数据中的形状特征是一项具有挑战性的工作。为解决当前研究存在的不足,提出了点集内-外形状卷积(IE-Conv)。该卷积利用高效的双边结构将点集内的局部形状与点集外的全局形状分开处理,在点集内部,基于门控的方式有选择地学习丰富的点间关系,同时利用自校准功能优化逐点与局部特征;在点集外部,通过图卷积构建全局图形,并聚焦于点集之间的远程依赖关系;最后将双边输出有机融合起来。将IE-Conv分层嵌入形状推理卷积网络中(SR-Net),并在标准ModelNet40和ShapeNet数据集上进行分类与分割实验。实验结果表明,分类任务精度达到93.9%,分割任务平均交并比达到86.4%,验证了SR-Net在点云分析中的良好性能。
图像处理 点云分类与分割 深度学习 图卷积 多特征融合 
激光与光电子学进展
2022, 59(12): 1210017
作者单位
摘要
中国地质大学(武汉)数学与物理学院,湖北 武汉 430074
机载LiDAR点云地物丰富且密度不均匀,对其进行精准高效的分类是遥感和摄影测量领域的一项关键任务。针对其密度不均匀的特点,引入一种密度相关的点云卷积算子——PointConv;提出注意力机制模块,修正提取局部信息的重要程度,增强网络对不同点云实例的识别能力。在城市室外场景机载点云数据集GML_DataSetA和三维语义标记基准数据集ISPRS Vaihingen上的分类结果验证了所提方法的有效性。
遥感 机载LiDAR点云 点云分类 密度加权 注意力机制 
激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1028007

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