Scene understanding is crucial for autonomous robots in dynamic environments for making future state predictions, avoiding collisions, and path planning. Camera and LiDAR perception made tremendous progress in recent years, but face limitations under adverse weather conditions. To leverage the full potential of multi-modal sensor suites, radar sensors are essential for safety critical tasks and are already installed in most new vehicles today. In this paper, we address the problem of semantic segmentation of moving objects in radar point clouds to enhance the perception of the environment with another sensor modality. Instead of aggregating multiple scans to densify the point clouds, we propose a novel approach based on the self-attention mechanism to accurately perform sparse, single-scan segmentation. Our approach, called Gaussian Radar Transformer, includes the newly introduced Gaussian transformer layer, which replaces the softmax normalization by a Gaussian function to decouple the contribution of individual points. To tackle the challenge of the transformer to capture long-range dependencies, we propose our attentive up- and downsampling modules to enlarge the receptive field and capture strong spatial relations. We compare our approach to other state-of-the-art methods on the RadarScenes data set and show superior segmentation quality in diverse environments, even without exploiting temporal information.

MLP-MIXER新出现为反对CNNS和变压器领域的新挑战者。尽管与变压器相比，尽管其相比，频道混合MLP和令牌混合MLP的概念可以在视觉识别任务中实现明显的性能。与图像不同，点云本身稀疏，无序和不规则，这限制了MLP-MILER用于点云理解的直接使用。在本文中，我们提出了一种通用点集运算符，其促进非结构化3D点之间的信息共享。通过简单地用SoftMax函数替换令牌混合的MLP，PointMixer可以在点集之间“混合”功能。通过这样做，可以在网络中广泛地使用PointMixer作为设定间混合，内部混合和金字塔混合。广泛的实验表明了对基于变压器的方法的语义分割，分类和点重建中的引光器竞争或卓越的性能。

3D点云的卷积经过广泛研究，但在几何深度学习中却远非完美。卷积的传统智慧在3D点之间表现出特征对应关系，这是对差的独特特征学习的内在限制。在本文中，我们提出了自适应图卷积（AGCONV），以供点云分析的广泛应用。 AGCONV根据其动态学习的功能生成自适应核。与使用固定/各向同性核的解决方案相比，AGCONV提高了点云卷积的灵活性，有效，精确地捕获了不同语义部位的点之间的不同关系。与流行的注意力体重方案不同，AGCONV实现了卷积操作内部的适应性，而不是简单地将不同的权重分配给相邻点。广泛的评估清楚地表明，我们的方法优于各种基准数据集中的点云分类和分割的最新方法。同时，AGCONV可以灵活地采用更多的点云分析方法来提高其性能。为了验证其灵活性和有效性，我们探索了基于AGCONV的完成，DeNoing，Upsmpling，注册和圆圈提取的范式，它们与竞争对手相当甚至优越。我们的代码可在https://github.com/hrzhou2/adaptconv-master上找到。

变压器一直是自然语言处理（NLP）和计算机视觉（CV）革命的核心。 NLP和CV的显着成功启发了探索变压器在点云处理中的使用。但是，变压器如何应对点云的不规则性和无序性质？变压器对于不同的3D表示（例如，基于点或体素）的合适性如何？各种3D处理任务的变压器有多大的能力？截至目前，仍然没有对这些问题的研究进行系统的调查。我们第一次为3D点云分析提供了越来越受欢迎的变压器的全面概述。我们首先介绍变压器体系结构的理论，并在2D/3D字段中审查其应用程序。然后，我们提出三种不同的分类法（即实现 - 数据表示和基于任务），它们可以从多个角度对当前的基于变压器的方法进行分类。此外，我们介绍了研究3D中自我注意机制的变异和改进的结果。为了证明变压器在点云分析中的优势，我们提供了基于各种变压器的分类，分割和对象检测方法的全面比较。最后，我们建议三个潜在的研究方向，为3D变压器的开发提供福利参考。

我们介绍了PointConvormer，这是一个基于点云的深神经网络体系结构的新颖构建块。受到概括理论的启发，PointConvormer结合了点卷积的思想，其中滤波器权重仅基于相对位置，而变形金刚则利用了基于功能的注意力。在PointConvormer中，附近点之间的特征差异是重量重量卷积权重的指标。因此，我们从点卷积操作中保留了不变，而注意力被用来选择附近的相关点进行卷积。为了验证PointConvormer的有效性，我们在点云上进行了语义分割和场景流估计任务，其中包括扫描仪，Semantickitti，FlyingThings3D和Kitti。我们的结果表明，PointConvormer具有经典的卷积，常规变压器和Voxelized稀疏卷积方法的表现，具有较小，更高效的网络。可视化表明，PointConvormer的性能类似于在平面表面上的卷积，而邻域选择效果在物体边界上更强，表明它具有两全其美。

LIDAR传感器对于自动驾驶汽车和智能机器人的感知系统至关重要。为了满足现实世界应用程序中的实时要求，有必要有效地分割激光扫描。以前的大多数方法将3D点云直接投影到2D球形范围图像上，以便它们可以利用有效的2D卷积操作进行图像分割。尽管取得了令人鼓舞的结果，但在球形投影中，邻里信息尚未保存得很好。此外，在单个扫描分割任务中未考虑时间信息。为了解决这些问题，我们提出了一种新型的语义分割方法，用于元素rangeseg的激光雷达序列，其中引入了新的范围残差图像表示以捕获空间时间信息。具体而言，使用元内核来提取元特征，从而减少了2D范围图像坐标输入和3D笛卡尔坐标输出之间的不一致。有效的U-NET主链用于获得多尺度功能。此外，特征聚合模块（FAM）增强了范围通道的作用，并在不同级别上汇总特征。我们已经进行了广泛的实验，以评估semantickitti和semanticposs。有希望的结果表明，我们提出的元rangeseg方法比现有方法更有效。我们的完整实施可在https://github.com/songw-zju/meta-rangeseg上公开获得。

随着激光雷达传感器和3D视觉摄像头的扩散，3D点云分析近年来引起了重大关注。经过先驱工作点的成功后，基于深度学习的方法越来越多地应用于各种任务，包括3D点云分段和3D对象分类。在本文中，我们提出了一种新颖的3D点云学习网络，通过选择性地执行具有动态池的邻域特征聚合和注意机制来提出作为动态点特征聚合网络（DPFA-NET）。 DPFA-Net有两个可用于三维云的语义分割和分类的变体。作为DPFA-NET的核心模块，我们提出了一个特征聚合层，其中每个点的动态邻域的特征通过自我注意机制聚合。与其他分割模型相比，来自固定邻域的聚合特征，我们的方法可以在不同层中聚合来自不同邻居的特征，在不同层中为查询点提供更具选择性和更广泛的视图，并更多地关注本地邻域中的相关特征。此外，为了进一步提高所提出的语义分割模型的性能，我们提出了两种新方法，即两级BF-Net和BF-Rengralization来利用背景前台信息。实验结果表明，所提出的DPFA-Net在S3DIS数据集上实现了最先进的整体精度分数，在S3DIS数据集上进行了语义分割，并在不同的语义分割，部分分割和3D对象分类中提供始终如一的令人满意的性能。与其他方法相比，它也在计算上更有效。

变压器在自然语言处理中的成功最近引起了计算机视觉领域的关注。由于能够学习长期依赖性，变压器已被用作广泛使用的卷积运算符的替代品。事实证明，这种替代者在许多任务中都取得了成功，其中几种最先进的方法依靠变压器来更好地学习。在计算机视觉中，3D字段还见证了使用变压器来增加3D卷积神经网络和多层感知器网络的增加。尽管许多调查都集中在视力中的变压器上，但由于与2D视觉相比，由于数据表示和处理的差异，3D视觉需要特别注意。在这项工作中，我们介绍了针对不同3D视觉任务的100多种变压器方法的系统和彻底审查，包括分类，细分，检测，完成，姿势估计等。我们在3D Vision中讨论了变形金刚的设计，该设计使其可以使用各种3D表示形式处理数据。对于每个应用程序，我们强调了基于变压器的方法的关键属性和贡献。为了评估这些方法的竞争力，我们将它们的性能与12个3D基准测试的常见非转化方法进行了比较。我们通过讨论3D视觉中变压器的不同开放方向和挑战来结束调查。除了提出的论文外，我们的目标是频繁更新最新的相关论文及其相应的实现：https：//github.com/lahoud/3d-vision-transformers。

准确的移动对象细分是自动驾驶的重要任务。它可以为许多下游任务提供有效的信息，例如避免碰撞，路径计划和静态地图构建。如何有效利用时空信息是3D激光雷达移动对象分割（LIDAR-MOS）的关键问题。在这项工作中，我们提出了一个新型的深神经网络，利用了时空信息和不同的LiDAR扫描表示方式，以提高LIDAR-MOS性能。具体而言，我们首先使用基于图像图像的双分支结构来分别处理可以从顺序的LiDAR扫描获得的空间和时间信息，然后使用运动引导的注意模块组合它们。我们还通过3D稀疏卷积使用点完善模块来融合LIDAR范围图像和点云表示的信息，并减少对象边界上的伪像。我们验证了我们提出的方法对Semantickitti的LiDAR-MOS基准的有效性。我们的方法在LiDar-Mos IOU方面大大优于最先进的方法。从设计的粗到精细体系结构中受益，我们的方法以传感器框架速率在线运行。我们方法的实现可作为开源可用：https：//github.com/haomo-ai/motionseg3d。

Perception in autonomous vehicles is often carried out through a suite of different sensing modalities. Given the massive amount of openly available labeled RGB data and the advent of high-quality deep learning algorithms for image-based recognition, high-level semantic perception tasks are pre-dominantly solved using high-resolution cameras. As a result of that, other sensor modalities potentially useful for this task are often ignored. In this paper, we push the state of the art in LiDAR-only semantic segmentation forward in order to provide another independent source of semantic information to the vehicle. Our approach can accurately perform full semantic segmentation of LiDAR point clouds at sensor frame rate. We exploit range images as an intermediate representation in combination with a Convolutional Neural Network (CNN) exploiting the rotating LiDAR sensor model. To obtain accurate results, we propose a novel postprocessing algorithm that deals with problems arising from this intermediate representation such as discretization errors and blurry CNN outputs. We implemented and thoroughly evaluated our approach including several comparisons to the state of the art. Our experiments show that our approach outperforms state-of-the-art approaches, while still running online on a single embedded GPU. The code can be accessed at https://github.com/PRBonn/lidar-bonnetal.

许多基于点的语义分割方法是为室内场景设计的，但如果它们被应用于户外环境中的LIDAR传感器捕获的点云，则他们挣扎。为了使这些方法更有效和坚固，使得它们可以处理LIDAR数据，我们介绍了重新建立基于3D点的操作的一般概念，使得它们可以在投影空间中运行。虽然我们通过三个基于点的方法显示了重新计算的版本速度快300到400倍，但实现了更高的准确性，但我们还证明了重新制定基于3D点的操作的概念允许设计统一益处的新架构基于点和基于图像的方法。作为示例，我们介绍一种网络，该网络将基于重新的3D点的操作集成到2D编码器 - 解码器架构中，该架构融合来自不同2D尺度的信息。我们评估了四个具有挑战性的语义LIDAR点云分割的方法，并显示利用基于2D图像的操作的重新推出的基于3D点的操作实现了所有四个数据集的非常好的结果。

Raw point clouds data inevitably contains outliers or noise through acquisition from 3D sensors or reconstruction algorithms. In this paper, we present a novel endto-end network for robust point clouds processing, named PointASNL, which can deal with point clouds with noise effectively. The key component in our approach is the adaptive sampling (AS) module. It first re-weights the neighbors around the initial sampled points from farthest point sampling (FPS), and then adaptively adjusts the sampled points beyond the entire point cloud. Our AS module can not only benefit the feature learning of point clouds, but also ease the biased effect of outliers. To further capture the neighbor and long-range dependencies of the sampled point, we proposed a local-nonlocal (L-NL) module inspired by the nonlocal operation. Such L-NL module enables the learning process insensitive to noise. Extensive experiments verify the robustness and superiority of our approach in point clouds processing tasks regardless of synthesis data, indoor data, and outdoor data with or without noise. Specifically, PointASNL achieves state-of-theart robust performance for classification and segmentation tasks on all datasets, and significantly outperforms previous methods on real-world outdoor SemanticKITTI dataset with considerate noise. Our code is released through https: //github.com/yanx27/PointASNL.

Downsampling and feature extraction are essential procedures for 3D point cloud understanding. Existing methods are limited by the inconsistent point densities of different parts in the point cloud. In this work, we analyze the limitation of the downsampling stage and propose the pre-abstraction group-wise window-normalization module. In particular, the window-normalization method is leveraged to unify the point densities in different parts. Furthermore, the group-wise strategy is proposed to obtain multi-type features, including texture and spatial information. We also propose the pre-abstraction module to balance local and global features. Extensive experiments show that our module performs better on several tasks. In segmentation tasks on S3DIS (Area 5), the proposed module performs better on small object recognition, and the results have more precise boundaries than others. The recognition of the sofa and the column is improved from 69.2% to 84.4% and from 42.7% to 48.7%, respectively. The benchmarks are improved from 71.7%/77.6%/91.9% (mIoU/mAcc/OA) to 72.2%/78.2%/91.4%. The accuracies of 6-fold cross-validation on S3DIS are 77.6%/85.8%/91.7%. It outperforms the best model PointNeXt-XL (74.9%/83.0%/90.3%) by 2.7% on mIoU and achieves state-of-the-art performance. The code and models are available at https://github.com/DBDXSS/Window-Normalization.git.

We study the problem of efficient semantic segmentation for large-scale 3D point clouds. By relying on expensive sampling techniques or computationally heavy pre/postprocessing steps, most existing approaches are only able to be trained and operate over small-scale point clouds. In this paper, we introduce RandLA-Net, an efficient and lightweight neural architecture to directly infer per-point semantics for large-scale point clouds. The key to our approach is to use random point sampling instead of more complex point selection approaches. Although remarkably computation and memory efficient, random sampling can discard key features by chance. To overcome this, we introduce a novel local feature aggregation module to progressively increase the receptive field for each 3D point, thereby effectively preserving geometric details. Extensive experiments show that our RandLA-Net can process 1 million points in a single pass with up to 200× faster than existing approaches. Moreover, our RandLA-Net clearly surpasses state-of-the-art approaches for semantic segmentation on two large-scale benchmarks Semantic3D and Se-manticKITTI.

变压器在图像处理领域取得了显着的成就。受到这一巨大成功的启发，变形金刚在3D点云处理中的应用引起了越来越多的关注。本文提出了一个新颖的点云表示学习网络，具有双重自我注意的3D点云变压器（3DPCT）和一个编码器解码器结构。具体而言，3DPCT具有一个层次编码器，该编码器包含两个用于分类任务的局部全球双重注意模块（分段任务的三个模块），每个模块都包含一个局部特征聚合（LFA）块和全局特征学习（ GFL）块。 GFL块是双重的自我注意事项，既有在点上的自我注意力，又可以提高特征提取。此外，在LFA中，为更好地利用了提取的本地信息，设计了一种新颖的点自我发明模型，称为点斑点自我注意力（PPSA）。在分类和分割数据集上都评估了性能，其中包含合成数据和现实世界数据。广泛的实验表明，所提出的方法在分类和分割任务上都达到了最新的结果。

我们提出了一种新的注意机制，称为全球分层注意（GHA），用于3D点云分析。 GHA通过在多个层次结构上进行一系列粗化和插值操作，近似于常规的全局点产生关注。 GHA的优势是两个方面。首先，它相对于点数具有线性复杂性，从而使大点云的处理能够处理。其次，GHA固有地具有归纳性偏见，可以专注于空间接近点，同时保留所有点之间的全球连通性。与前馈网络相结合，可以将GHA插入许多现有的网络体系结构中。我们尝试多个基线网络，并表明添加GHA始终如一地提高不同任务和数据集的性能。对于语义分割的任务，GHA在扫描板上的Minkowskiengine基线增加了1.7％的MIOU。对于3D对象检测任务，GHA将CenterPoint基线提高了Nuscenes数据集上的 +0.5％地图，而3DETR基线将SCANNET上的基线提高到 +2.1％MAP25和 +1.5％MAP50。

The irregular domain and lack of ordering make it challenging to design deep neural networks for point cloud processing. This paper presents a novel framework named Point Cloud Transformer(PCT) for point cloud learning. PCT is based on Transformer, which achieves huge success in natural language processing and displays great potential in image processing. It is inherently permutation invariant for processing a sequence of points, making it well-suited for point cloud learning. To better capture local context within the point cloud, we enhance input embedding with the support of farthest point sampling and nearest neighbor search. Extensive experiments demonstrate that the PCT achieves the state-of-the-art performance on shape classification, part segmentation, semantic segmentation and normal estimation tasks.

最近神经网络的成功使得能够更好地解释3D点云，但是处理大规模的3D场景仍然是一个具有挑战性的问题。大多数电流方法将大型场景划分为小区，并将当地预测组合在一起。然而，该方案不可避免地涉及预处理和后处理的附加阶段，并且由于局部视角下的预测也可能降低最终输出。本文介绍了由新的轻质自我关注层组成的快速点变压器。我们的方法编码连续的3D坐标，基于体素散列的架构提高了计算效率。所提出的方法用3D语义分割和3D检测进行了说明。我们的方法的准确性对基于最佳的体素的方法具有竞争力，我们的网络达到了比最先进的点变压器更快的推理时间速度更快的136倍，具有合理的准确性权衡。

在本文中，我们提出了一个全面的点云语义分割网络，该网络汇总了本地和全球多尺度信息。首先，我们提出一个角度相关点卷积（ACPCONV）模块，以有效地了解点的局部形状。其次，基于ACPCONV，我们引入了局部多规模拆分（MSS）块，该块从一个单个块中连接到一个单个块中的特征，并逐渐扩大了接受场，这对利用本地上下文是有益的。第三，受HRNET的启发，在2D图像视觉任务上具有出色的性能，我们构建了一个针对Point Cloud的HRNET，以学习全局多尺度上下文。最后，我们介绍了一种融合多分辨率预测并进一步改善点云语义分割性能的点上的注意融合方法。我们在几个基准数据集上的实验结果和消融表明，与现有方法相比，我们提出的方法有效，能够实现最先进的性能。

Point cloud learning has lately attracted increasing attention due to its wide applications in many areas, such as computer vision, autonomous driving, and robotics. As a dominating technique in AI, deep learning has been successfully used to solve various 2D vision problems. However, deep learning on point clouds is still in its infancy due to the unique challenges faced by the processing of point clouds with deep neural networks. Recently, deep learning on point clouds has become even thriving, with numerous methods being proposed to address different problems in this area. To stimulate future research, this paper presents a comprehensive review of recent progress in deep learning methods for point clouds. It covers three major tasks, including 3D shape classification, 3D object detection and tracking, and 3D point cloud segmentation. It also presents comparative results on several publicly available datasets, together with insightful observations and inspiring future research directions.