Not All Points Are Equal:IA-SSD

写在前面：与最近读的RandLa-Net的切入点类似：downsampling的方法。

Motivation

目前的Point-Based的方法都使用"task-agnostic"（与检测本身无关）的采样方法：Random、D-FPS、Feat-FPS。对于这些采样方法都忽略了：“对于检测任务来说，前景点比背景点更重要”。

Contribution

1. 本文提出了两个"learnable, task-oriented, instance-aware"采样方法（与检测任务相关的可以感知实例的学习方法）。
2. 基于采样方法提出了一个高效的模型IA-SSD。
3. 在KITTI、Waymo、ONCE数据集上进行了大量实验。

Keyknowledge

Instance-aware Downsampling Strategy

1. Class-aware Sampling
   训练分支学习点语义信息*，预测每一个点的前景点概率分数，取前k大的作为采样点送入下一层。
   损失函数使用普通的交叉熵：
   
   与Feature-FPS的区别：本文想要尽可能多的前景点，而F-FPS想要的是特征差距尽可能大的点。
2. Centroid-aware Sampling
   在Class-aware Sampling的基础上引入中心掩码mask：
   
   mask与3DSSD中的中心度相同：
   
   利用中心掩码对交叉熵loss进行加权，来提高接近中心点被采样的可能，尽可能地保留中心点（考虑到实例中心估计是最终目标检测的关键）：
   

Contextual Instance Centroid Perception

1. Contextual Centroid Prediction
   遵循VoteNet的方法预测一个与中心的偏移，同时加入了一项正则化，使得每一个实例的中心预测都被聚合，减少预测中心偏移的不稳定性：
   
   与VoteNet仅利用BBox内的点预测中心点不同，本文也利用周围的代表点：手动扩展BBox，或者按比例放大该框，以覆盖物体附近更多相关的上下文信息。
2. Centroid-based Instance Aggregation
   对每一个中心点，使用PointNet++学习实例的特征：将相邻点转化为局部正则坐标系，然后通过shared mlp和对称函数对点特征进行聚合。
3. Proposal Generation Head
   根据聚合的实例特征进行BBox的预测，然后进行3D-NMS后处理。

Loss

将多个loss相加联合优化，实现端到端训练。

Experiment

采样方法在KITII验证集上的对比

在采样点数少的情况下（256points）文章提出的两个采样对实例的采样比例明显由于其他采样方法。同时Feature-FPS考虑到了每个点的特征，因此对实例的采样比例也是高于random与D-FPS。

不同的方法在KITTI测试集上的检测性能定量对比

IA-SSD在Car、Cyc两个实例上效果较好，在Point-based的方法中精度较高，但是低于PV_RCNN，并且在Ped实例上效果较差。同时检测速度高于其他所有方法。