Graph Neural Network and Spatiotemporal Transformer Attention for 3D Video Object Detection From Point Clouds

计算机科学 点云 人工智能 计算机视觉 目标检测 人工神经网络 变压器 图形 视觉对象识别的认知神经科学 模式识别(心理学) 对象(语法) 理论计算机科学 工程类 电气工程 电压
作者
Junbo Yin,Jianbing Shen,Xin Gao,David Crandall,Ruigang Yang
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [IEEE Computer Society]
卷期号:45 (8): 9822-9835 被引量:57
标识
DOI:10.1109/tpami.2021.3125981
摘要

Previous works for LiDAR-based 3D object detection mainly focus on the single-frame paradigm. In this paper, we propose to detect 3D objects by exploiting temporal information in multiple frames, i.e., the point cloud videos. We empirically categorize the temporal information into short-term and long-term patterns. To encode the short-term data, we present a Grid Message Passing Network (GMPNet), which considers each grid (i.e., the grouped points) as a node and constructs a k-NN graph with the neighbor grids. To update features for a grid, GMPNet iteratively collects information from its neighbors, thus mining the motion cues in grids from nearby frames. To further aggregate the long-term frames, we propose an Attentive Spatiotemporal Transformer GRU (AST-GRU), which contains a Spatial Transformer Attention (STA) module and a Temporal Transformer Attention (TTA) module. STA and TTA enhance the vanilla GRU to focus on small objects and better align the moving objects. Our overall framework supports both online and offline video object detection in point clouds. We implement our algorithm based on prevalent anchor-based and anchor-free detectors. The evaluation results on the challenging nuScenes benchmark show the superior performance of our method, achieving the 1st on the leaderboard without any bells and whistles, by the time the paper is submitted.

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