【3D目标检测】Monocular 3D Object Detection with Pseudo-LiDAR Point Cloud

概述

本文的输入数据仅仅是单目图像，在方法上是融合了伪点云（Pseudo-LiDAR）的深度信息表示方法与Frustum PointNets的检测方法。
乍一看文章和伪点云原论文Pseudo-LiDAR from Visual Depth Estimation: Bridging the Gap in 3D Object Detection for AD一模一样，但是会更具体一点，也就是本文只关注单目图像，同时解决了一些伪点云存在的问题。

ps：作者提到了其他设备的一些弊端：深度相机能捕捉的范围很有限；双目相机工作的流程很麻烦，需要校准与同步；激光雷达就不用说了，很贵 哈哈哈哈哈。相比之下，单目相机既便宜又方便安装，能捕捉的范围也大，核心问题就是没有深度信息。

整体流程

伪点云vs点云

伪点云和点云的差别：

• 伪点云在整体上看是和原始点云对齐的很好的，但是局部上是对齐的很不好。
• 伪点云中的目标存在长尾
• 伪点云的点密度会比原始点云高一个量级

主要原因：单目深度估计效果不好。
造成影响：

• 在不对齐的伪点云上提取到的视锥的局部也可能是不对齐的，从而导致目标中心的预测效果不好（尤其是对远处的物体），进而导致最终的边界框预测不好；
• 预测物体的尺寸会变得困难
• 存在很多冗余点

作者给出的解决：

• 对于局部不对齐问题，想当然的两种思路，一种是使得伪点云对齐，另一种是就是基于不对齐的伪点云得到一个尽可能对齐的预测结果，如果效果还不好的话就使用一些方法做后处理增强。第一种思路不太行，因为伪点云的不对齐是由于单目深度估计效果不佳导致的，难以解决。因此作者采用了第二种思路。
• 使用一个2D-3D边界框的一致性约束，使得预测出来的3D边界框在图像上的投影与2D候选框有很高的重叠，具体来说就是训练的时候添加了一项损失bounding box consistency loss (BBCL) 。作者还做了一个后处理增强，就是测试的时候使用了一个优化模块bounding box consistency optimization (BBCO)
• 将Frustum PointNets中2D候选框的产生方法由 目标检测转换成了实例分割，使得视锥点云不带有长尾，并且减少了视锥中的冗余点云的数量。

2D-3D边界框的一致性约束

基本的假设是：不准确的3D边界框对应的2D投影与2D候选框的IOU是不够大的，而我们要是能够使得这个指标足够大，就能够提升3D边界框与3D gt box的3D IOU。
具体做法：我们将预测的边界框的7个参数转换成对应3D空间中的8个角点，使用相机的投影矩阵转换成2D当中的8个点（类似于相机成像的原理），接着得到这8个点的最小包围矩形框（用4个参数x,y,w,h表示）。同理，2D实例分割的结果也能被转换为最小的包围矩形框（用4个参数x,y,w,h表示），我们的目标是这两个矩形框尽可能的接近。训练的过程中就是使用smooth L1损失处理这四个参数，测试的时候做了一步后处理优化，但是作者没细讲，或者我没看懂害。