KR102276369B1 - 3D Point Cloud Reliability Determining System and Method - Google Patents

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KR102276369B1
KR102276369B1 KR1020190177099A KR20190177099A KR102276369B1 KR 102276369 B1 KR102276369 B1 KR 102276369B1 KR 1020190177099 A KR1020190177099 A KR 1020190177099A KR 20190177099 A KR20190177099 A KR 20190177099A KR 102276369 B1 KR102276369 B1 KR 102276369B1
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권준석
서동욱
박성우
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 완전연결층(Fully connected layer)에 기반하여 생성된 페이크(fake) 3차원 포인트 클라우드(3D Point cloud)와, 리얼(real) 3차원 포인트 클라우드를 입력받는 3차원 포인트 클라우드 입력부, 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드 각각으로부터 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보를 추출하는 특징정보 추출부, 상기 추출된 특징정보로 기초로 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행하는 비교 수행부, 상기 수행된 비교 결과에 따라 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단부를 포함하여 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보의 비교를 통해 보다 객관적인 3차원 포인트 클라우드 생성기술의 정확도 및 신뢰도를 판단할 수 있는 효과를 가진다.The present invention provides a fake 3D point cloud generated based on a fully connected layer, a 3D point cloud input unit that receives a real 3D point cloud, and the input A feature information extraction unit for extracting feature information based on statistical estimation from each of the received fake three-dimensional point cloud and the real three-dimensional point cloud, and the feature information of the fake three-dimensional point cloud and Based on statistical estimation, including a comparison performing unit that compares the feature information of the real 3D point cloud, and a reliability determination unit that determines the reliability of the received fake 3D point cloud according to the comparison result. It has the effect of being able to judge the accuracy and reliability of a more objective 3D point cloud generation technology through comparison of feature information.

Description

3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템 및 방법{3D Point Cloud Reliability Determining System and Method}3D Point Cloud Reliability Determining System and Method {3D Point Cloud Reliability Determining System and Method}

본 발명은 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보의 비교를 통해 보다 객관적인 3차원 포인트 클라우드 생성기술의 정확도 및 신뢰도를 판단할 수 있는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for determining the reliability of a three-dimensional point cloud, and more particularly, to a technology for determining the accuracy and reliability of a three-dimensional point cloud generation technology more objectively through comparison of characteristic information based on statistical estimation. It relates to a system and method for determining dimensional point cloud reliability.

최근에는 심층 신경망을 기반으로 한 3D 데이터 생성 문제는 상당한 관심을 끌었으며, image-to-point cloud, image-to-voxel, image-to-mesh, point cloud-to-voxel 및 point cloud-to-point cloud을 비롯한 다양한 접근 방식을 통해 해결되고 있다. 반면, 3D 포인트 클라우드를 비지도적 방식으로 생성할 수 있는 GAN(Generative adversarial networks)의 개발에는 거의 노력을 기울이지 않았다.Recently, the problem of 3D data generation based on deep neural networks has attracted considerable attention, and image-to-point cloud, image-to-voxel, image-to-mesh, point cloud-to-voxel, and point cloud-to- It is being solved through various approaches including point cloud. On the other hand, little effort has been devoted to the development of generative adversarial networks (GANs) that can generate 3D point clouds in an unsupervised manner.

Random latent codes(즉, z 벡터)를 3D 포인트 클라우드로 변환하기 위한 GAN에 관한 유일한 작업은 2가지가 있는데, 그 중 하나는 완전히 연결된 레이어만을 사용하여 포인트 클라우드를 생성하는 것이고, 나머지 하나는 k-nearest neighbor 기법을 사용하여 기하학적으로 정확한 포인트 클라우드를 생성하는 지역 토폴로지(Local topology)를 이용하는 방법이다.There are only two tasks regarding GANs for transforming random latent codes (i.e. z vectors) into 3D point clouds, one of which is to generate the point cloud using only fully connected layers, and the other is to generate the point cloud using only fully connected layers. It is a method using a local topology to generate geometrically accurate point clouds using the nearest neighbor technique.

다만, 이는 동적 그래프 업데이트 수가 증가함에 따라 높은 계산 복잡성을 겪게 되는 문제점을 안고 있다. 또한 포인트 클라우드의 사용은 제한된 수의 물체 범주(예: 의자, 비행기, 소파)만 생성할 수 있는 한계점이 존재한다.However, this has a problem in that it suffers from high computational complexity as the number of dynamic graph updates increases. Also, the use of point clouds has a limitation in that it can only create a limited number of object categories (eg chairs, airplanes, sofas).

이에 종래에는 3D 객체 표현에 있어서 Mesh, point cloud, volume와 같은 3가지 방법을 이용하였다.For this reason, conventionally, three methods such as mesh, point cloud, and volume were used to represent 3D objects.

다만, Mesh model은 기하학적인 구조를 표현할 수 있다는 것이 장점이지만, 물체의 회전(permutation)에 따라 다른 결과(Difficult to implement permutation invariant in deep learning)를 도출되는 문제점이 있다.However, although the mesh model has the advantage of being able to express a geometric structure, there is a problem in that different results (Difficult to implement permutation invariant in deep learning) are derived depending on the permutation of the object.

Point cloud model의 경우, raw sensor data로부터 쉽게 취득할 수 있고 메모리가 적게 사용되는 장점이 있지만, 기하학적인 관계를 표현(Fully connected layers)하기 어렵고, 표면을 부드럽게 하기 위해서 사후 처리 과정(Post processing algorithms)이 필요하다는 단점을 가지고 있다.In the case of the point cloud model, it has the advantage that it can be easily acquired from raw sensor data and uses less memory, but it is difficult to express geometric relationships (fully connected layers), and post processing algorithms are used to smooth the surface. The downside is that you need this.

Volume model은 작은 상자의 집합으로 표현해야 해서 메모리가 많이 필요(High memory usage)하고, 3D 콘볼루션을 위해서 파라미터가 많이 필요(Many parameters)하며, 표면을 부드럽게 하기 위해 사후 처리 과정(Post processing algorithms)이 필요하고, 많은 수의 작은 상자들이 필요하여서 더욱더 많은 메모리가 필요한 문제점을 안고 있다.Volume model needs a lot of memory (High memory usage) because it has to be expressed as a set of small boxes, many parameters are required for 3D convolution, and post processing algorithms are used to smooth the surface. This is necessary, and a large number of small boxes are required, so there is a problem that more and more memory is required.

한국등록특허공보 제10-2050995호Korean Patent Publication No. 10-2050995

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 고려하여 제안된 것으로, 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보의 비교를 통해 3차원 포인트 클라우드 생성기술의 신뢰도를 보다 객관적으로 판단할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been proposed in consideration of the above matters, and the purpose of the present invention is to more objectively determine the reliability of the 3D point cloud generation technology through comparison of feature information based on statistical estimation. do.

또한, 본 발명은 파라미터 개수 증가에 의해 풍부해진 네트워크, 즉 완전연결층(Fully connected layer)로부터 추출한 특징정보의 비교를 통해 보다 구체적인 신뢰도 판단이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to enable more specific reliability determination through comparison of feature information extracted from a network enriched by an increase in the number of parameters, that is, a fully connected layer.

또한, 본 발명은 통계적 측정치 중에서도 평균 벡터(mean vector)와 공분산(covariance) 행렬을 이용하여 페이크(fake) 데이터 분포 또는 리얼(real) 데이터 분포의 특성을 가장 잘 표현하도록 하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to best express the characteristics of a fake data distribution or a real data distribution using a mean vector and a covariance matrix among statistical measurements.

또한, 본 발명은 FPD라 불리는 새로운 평가 지표(metric)를 제안하여 3차원 포인트 클라우드의 품질을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to accurately measure the quality of a 3D point cloud by proposing a new evaluation metric called FPD.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해할 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템은 완전연결층(Fully connected layer)에 기반하여 생성된 페이크(fake) 3차원 포인트 클라우드(3D Point cloud)와, 리얼(real) 3차원 포인트 클라우드를 입력받는 3차원 포인트 클라우드 입력부, 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드 각각으로부터 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보를 추출하는 특징정보 추출부, 상기 추출된 특징정보로 기초로 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행하는 비교 수행부, 상기 수행된 비교 결과에 따라 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the three-dimensional point cloud reliability determination system according to the technical idea of the present invention includes a fake three-dimensional point cloud generated based on a fully connected layer and , 3D point cloud input unit receiving a real 3D point cloud, feature information extraction for extracting characteristic information based on statistical inference from each of the received fake 3D point cloud and real 3D point cloud unit, a comparison performing unit for performing comparison between the feature information of the fake three-dimensional point cloud and the feature information of the real three-dimensional point cloud based on the extracted feature information; It may include a reliability determination unit for determining the reliability of the point cloud.

상기 특징정보 추출부는 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 완전연결층(Fully connected layer)을 포함한 중간층(Intermediate layer)으로부터 각각 특징정보를 추출할 수 있다.The feature information extraction unit may extract feature information from an intermediate layer including a fully connected layer of the received fake 3D point cloud and the real 3D point cloud, respectively.

상기 특징정보는 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 평균 벡터(mean vactor) 및 공분산 행렬(covariance matrix)을 포함할 수 있다.The feature information may include a mean vector and a covariance matrix of the received fake 3D point cloud and the real 3D point cloud.

상기 비교 수행부는 가우시안 2-워서스테인 거리(Gaussian 2-Wasserstein) 기법에 기반하여 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행할 수 있다.The comparison performing unit may perform a comparison between the fake 3D point cloud characteristic information and the real 3D point cloud characteristic information based on a Gaussian 2-Wasserstein technique.

상기 비교 수행부는 하기 수학식 9로 표현되는 특징정보 간 거리 값 산출식에 따라 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행할 수 있다.The comparison performing unit may perform a comparison between the characteristic information of the fake 3D point cloud and the characteristic information of the real 3D point cloud according to a distance value calculation formula between the characteristic information expressed by Equation 9 below.

<수학식 9><Equation 9>

Figure 112019135091519-pat00001
Figure 112019135091519-pat00001

(

Figure 112019135091519-pat00002
: 본 발명의 FPD(Frechet Point Cloud Distance),
Figure 112019135091519-pat00003
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector,
Figure 112019135091519-pat00004
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector),
Figure 112019135091519-pat00005
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬,
Figure 112019135091519-pat00006
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬)(
Figure 112019135091519-pat00002
: FPD (Frechet Point Cloud Distance) of the present invention,
Figure 112019135091519-pat00003
: the mean vector of points calculated from the real point cloud {x};
Figure 112019135091519-pat00004
: the mean vector of points calculated from the fake point cloud {x'},
Figure 112019135091519-pat00005
: the covariance matrix of points calculated from the real point cloud {x},
Figure 112019135091519-pat00006
: Covariance matrix of points calculated from fake point cloud {x'})

상기 신뢰도 판단부는 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보에 대한 거리 값이 작을수록 신뢰도를 높게 판단할 수 있다.The reliability determining unit may determine the reliability as the distance between the fake 3D point cloud characteristic information and the real 3D point cloud characteristic information is smaller.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 방법은 3차원 포인트 클라우드 입력부에서 완전연결층(Fully connected layer)에 기반하여 생성된 페이크(fake) 3차원 포인트 클라우드(3D Point cloud)와, 리얼(real) 3차원 포인트 클라우드를 입력받는 3차원 포인트 클라우드 입력단계, 특징정보 추출부에서 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드 각각으로부터 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보를 추출하는 특징정보 추출단계, 비교 수행부에서 상기 추출된 특징정보로 기초로 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행하는 비교 수행단계, 신뢰도 판단부에서 상기 수행된 비교 결과에 따라 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the 3D point cloud reliability determination method according to the technical idea of the present invention is a fake 3D point cloud generated based on a fully connected layer in the 3D point cloud input unit. (3D Point cloud), a 3D point cloud input step of receiving a real 3D point cloud, and statistical inference from each of the fake 3D point cloud and the real 3D point cloud received from the feature information extraction unit a feature information extraction step of extracting feature information based on estimation), a comparison in which a comparison performing unit compares the feature information of the fake three-dimensional point cloud and the feature information of the real three-dimensional point cloud based on the extracted feature information The performing step, the reliability determination unit may include a reliability determination step of determining the reliability of the received fake 3D point cloud according to the comparison result performed by the reliability determination unit.

상기 특징정보 추출단계는 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 완전연결층(Fully connected layer)을 포함한 중간층(Intermediate layer)으로부터 각각 특징정보를 추출할 수 있다.The feature information extraction step may extract feature information from an intermediate layer including a fully connected layer of the received fake 3D point cloud and the real 3D point cloud, respectively.

상기 특징정보는 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 평균 벡터(mean vactor) 및 공분산 행렬(covariance matrix)을 포함할 수 있다.The feature information may include a mean vector and a covariance matrix of the received fake 3D point cloud and the real 3D point cloud.

상기 비교 수행단계는 가우시안 2-워서스테인 거리(Gaussian 2-Wasserstein) 기법에 기반하여 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행할 수 있다.The comparison performing step may perform a comparison between the fake 3D point cloud characteristic information and the real 3D point cloud characteristic information based on a Gaussian 2-Wasserstein technique.

상기 비교 수행단계는 하기 수학식 9로 표현되는 특징정보 간 거리 값 산출식에 따라 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행할 수 있다. The comparison performing step may perform a comparison between the feature information of the fake three-dimensional point cloud and the feature information of the real three-dimensional point cloud according to a distance value calculation formula between the feature information expressed by Equation 9 below.

<수학식 9><Equation 9>

Figure 112019135091519-pat00007
Figure 112019135091519-pat00007

(

Figure 112019135091519-pat00008
: 본 발명의 FPD(Frechet Point Cloud Distance),
Figure 112019135091519-pat00009
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector,
Figure 112019135091519-pat00010
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector),
Figure 112019135091519-pat00011
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬,
Figure 112019135091519-pat00012
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬)(
Figure 112019135091519-pat00008
: FPD (Frechet Point Cloud Distance) of the present invention,
Figure 112019135091519-pat00009
: the mean vector of points calculated from the real point cloud {x};
Figure 112019135091519-pat00010
: the mean vector of points calculated from the fake point cloud {x'},
Figure 112019135091519-pat00011
: the covariance matrix of points calculated from the real point cloud {x},
Figure 112019135091519-pat00012
: Covariance matrix of points calculated from fake point cloud {x'})

상기 신뢰도 판단단계는 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보에 대한 거리 값이 작을수록 신뢰도를 높게 판단할 수 있다.In the reliability determination step, as the distance between the fake 3D point cloud characteristic information and the real 3D point cloud characteristic information is smaller, the reliability may be determined to be higher.

이상에서 설명한 바와 같은 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템 및 방법에 따르면, According to the three-dimensional point cloud reliability determination system and method as described above,

첫째, 본 발명은 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보의 비교를 통해 3차원 포인트 클라우드 생성기술의 신뢰도를 보다 객관적으로 판단할 수 있는 효과를 가진다.First, the present invention has the effect of more objectively determining the reliability of the 3D point cloud generation technology through comparison of feature information based on statistical estimation.

둘째, 본 발명은 파라미터 개수 증가에 의해 풍부해진 네트워크, 즉 완전연결층(Fully connected layer)로부터 추출한 특징정보의 비교를 통해 보다 구체적인 신뢰도 판단이 가능한 효과를 가진다.Second, the present invention has the effect that a more specific reliability determination is possible through comparison of feature information extracted from a network enriched by an increase in the number of parameters, that is, a fully connected layer.

셋째, 본 발명은 통계적 측정치 중에서도 평균 벡터(mean vector)와 공분산(covariance) 행렬을 이용하여 페이크(fake) 데이터 분포 또는 리얼(real) 데이터 분포의 특성을 가장 잘 표현할 수 있는 효과를 가진다.Third, the present invention has the effect of being able to best express the characteristics of a fake data distribution or a real data distribution using a mean vector and a covariance matrix among statistical measurements.

넷째, 본 발명은 FPD라 불리는 새로운 평가 지표(metric)를 제안하여 3차원 포인트 클라우드의 품질을 정확하게 측정할 수 있는 효과를 가진다.Fourth, the present invention has the effect of accurately measuring the quality of a 3D point cloud by proposing a new evaluation metric called FPD.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 트리 구조 GAN(Generative adversatial networks)의 파이프라인을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 K-supports을 가진 루프텀(Loop term)을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조상 텀(Ancestor term)을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 tree-GAN의 의미적(semantic) 부분 생성 및 보간 결과를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 베이스라인(예를 들어, r-GAN) 및 Tree-GAN의 비감독된 3D 포인트 클라우드 생성 결과를 나타낸 도면.
1 is a block diagram showing a three-dimensional point cloud reliability determination system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a three-dimensional point cloud reliability determination method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a pipeline of a tree-structured generative adversatial networks (GAN) according to an embodiment of the present invention;
4 is a diagram illustrating a loop term with K-supports according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a view showing an ancestor term (Ancestor term) according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing the semantic part generation and interpolation results of a tree-GAN according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the results of unsupervised 3D point cloud generation of a baseline (eg, r-GAN) and a Tree-GAN according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명의 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야할 것이다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings. The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims are based on the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted with the corresponding meaning and concept. In addition, it should be noted that, when it is determined that the detailed description of known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof is omitted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템을 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram illustrating a three-dimensional point cloud reliability determination system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템은 크게 3차원 포인트 클라우드 입력부(!00), 특징정보 추출부(200), 비교 수행부(300) 및 신뢰도 판단부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the three-dimensional point cloud reliability determination system according to an embodiment of the present invention is largely a three-dimensional point cloud input unit (!00), a feature information extraction unit 200, a comparison performing unit 300, and a reliability determination unit. (400).

3차원 포인트 클라우드 입력부(100)는 완전연결층(Fully connected layer)에 기반하여 생성된 페이크(fake) 3차원 포인트 클라우드(3D Point cloud)와, 리얼(real) 3차원 포인트 클라우드를 입력받을 수 있다.The 3D point cloud input unit 100 may receive a fake 3D point cloud and a real 3D point cloud generated based on a fully connected layer. .

특징정보 추출부(200)는 상기 3차원 포인트 클라우드 입력부(100)로부터 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드 각각으로부터 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보를 추출할 수 있다.The feature information extraction unit 200 may extract feature information based on statistical estimation from each of the fake 3D point cloud and the real 3D point cloud received from the 3D point cloud input unit 100 .

이 때 특징정보 추출부(200)는 상기 3차원 포인트 클라우드 입력부(100)로부터 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 완전연결층(Fully connected layer)을 포함한 중간층(Intermediate layer)으로부터 각각 특징정보를 추출할 수 있다.At this time, the feature information extraction unit 200 receives from the intermediate layer including the fully connected layer of the fake 3D point cloud and the real 3D point cloud input from the 3D point cloud input unit 100 . Each feature information can be extracted.

특징정보는 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 평균 벡터(mean vactor) 및 공분산 행렬(covariance matrix)을 포함하는 특징정보라 할 수 있다.The characteristic information may be referred to as characteristic information including a mean vector and a covariance matrix of the received fake 3D point cloud and the real 3D point cloud.

비교 수행부(300)는 상기 특징정보 추출부(200)로부터 추출된 특징정보를 기초로 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행할 수 있다.The comparison performing unit 300 may perform a comparison between the characteristic information of the fake 3D point cloud and the characteristic information of the real 3D point cloud based on the characteristic information extracted from the characteristic information extraction unit 200 .

비교 수행부(300)는 가우시안 2-워서스테인 거리(Gaussian 2-Wasserstein) 기법에 기반하여 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행할 수 있다.The comparison performing unit 300 may perform a comparison between the fake 3D point cloud characteristic information and the real 3D point cloud characteristic information based on a Gaussian 2-Wasserstein technique.

비교 수행부(300)는 하기 수학식 9로 포현되는 특징정보 간 거리 값 산출식에 따라 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행할 수 있다.The comparison performing unit 300 may perform a comparison between the characteristic information of the fake 3D point cloud and the characteristic information of the real 3D point cloud according to the formula for calculating the distance value between the characteristic information expressed in Equation 9 below.

<수학식 9><Equation 9>

Figure 112019135091519-pat00013
Figure 112019135091519-pat00013

(

Figure 112019135091519-pat00014
: 본 발명의 FPD(Frechet Point Cloud Distance),
Figure 112019135091519-pat00015
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector,
Figure 112019135091519-pat00016
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector),
Figure 112019135091519-pat00017
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬,
Figure 112019135091519-pat00018
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬)(
Figure 112019135091519-pat00014
: FPD (Frechet Point Cloud Distance) of the present invention,
Figure 112019135091519-pat00015
: the mean vector of points calculated from the real point cloud {x};
Figure 112019135091519-pat00016
: the mean vector of points calculated from the fake point cloud {x'},
Figure 112019135091519-pat00017
: the covariance matrix of points calculated from the real point cloud {x},
Figure 112019135091519-pat00018
: Covariance matrix of points calculated from fake point cloud {x'})

신뢰도 판단부(400)는 상기 비교 수행부(300)로부터 수행된 비교 결과에 따라 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드의 신뢰도를 판단할 수 있다.The reliability determining unit 400 may determine the reliability of the received fake 3D point cloud according to the comparison result performed by the comparison performing unit 300 .

신뢰도 판단부(400)는 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보에 대한 거리 값이 작을수록 신뢰도를 높게 판단할 수 있다.The reliability determining unit 400 may determine the reliability as the distance between the fake 3D point cloud characteristic information and the real 3D point cloud characteristic information is smaller.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method for determining reliability of a three-dimensional point cloud according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 방법은 크게 3차원 포인트 클라우드 입력단계(S!00), 특징정보 추출단계(S200), 비교 수행단계(S300) 및 신뢰도 판단단계(S400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the three-dimensional point cloud reliability determination method according to an embodiment of the present invention largely includes a three-dimensional point cloud input step (S!00), a feature information extraction step (S200), a comparison execution step (S300), and reliability It may include a determination step (S400).

3차원 포인트 클라우드 입력단계는 3차원 포인트 클라우드 입력부(100)에서 완전연결층(Fully connected layer)에 기반하여 생성된 페이크(fake) 3차원 포인트 클라우드(3D Point cloud)와, 리얼(real) 3차원 포인트 클라우드를 입력받을 수 있다(S100).The 3D point cloud input step includes a fake 3D point cloud generated based on a fully connected layer in the 3D point cloud input unit 100 and a real 3D A point cloud may be input (S100).

특징정보 추출단계는 특징정보 추출부(200)에서 상기 3차원 포인트 클라우드 입력단계(S100)로부터 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드 각각으로부터 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보를 추출할 수 있다(S200).In the feature information extraction step, the feature information extraction unit 200 extracts feature information based on statistical estimation from each of the fake three-dimensional point cloud and the real three-dimensional point cloud received from the three-dimensional point cloud input step S100. can be extracted (S200).

이 때 특징정보 추출단계(S200)는 상기 3차원 포인트 클라우드 입력단계(S100)로부터 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 완전연결층(Fully connected layer)을 포함한 중간층(Intermediate layer)으로부터 각각 특징정보를 추출할 수 있다.At this time, the feature information extraction step (S200) is an intermediate layer including the fully connected layer of the fake 3D point cloud and the real 3D point cloud received from the 3D point cloud input step (S100). From each feature information can be extracted.

특징정보는 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 평균 벡터(mean vactor) 및 공분산 행렬(covariance matrix)을 포함하는 특징정보라 할 수 있다.The characteristic information may be referred to as characteristic information including a mean vector and a covariance matrix of the received fake 3D point cloud and the real 3D point cloud.

비교 수행단계는 비교 수행부(300)에서 상기 특징정보 추출단계(S200)로부터 추출된 특징정보를 기초로 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행할 수 있다(S300).In the comparison performing step, the comparison performing unit 300 performs a comparison between the characteristic information of the fake 3D point cloud and the characteristic information of the real 3D point cloud based on the characteristic information extracted from the characteristic information extraction step (S200). Can be (S300).

비교 수행단계(S300)는 가우시안 2-워서스테인 거리(Gaussian 2-Wasserstein) 기법에 기반하여 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행할 수 있다.The comparison performing step S300 may perform a comparison between the fake 3D point cloud characteristic information and the real 3D point cloud characteristic information based on a Gaussian 2-Wasserstein technique.

비교 수행단계(S300)는 하기 수학식 9로 포현되는 특징정보 간 거리 값 산출식에 따라 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행할 수 있다.The comparison performing step S300 may perform a comparison between the characteristic information of the fake 3D point cloud and the characteristic information of the real 3D point cloud according to the distance value calculation formula between the characteristic information expressed by Equation 9 below.

<수학식 9><Equation 9>

Figure 112019135091519-pat00019
Figure 112019135091519-pat00019

(

Figure 112019135091519-pat00020
: 본 발명의 FPD(Frechet Point Cloud Distance),
Figure 112019135091519-pat00021
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector,
Figure 112019135091519-pat00022
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector),
Figure 112019135091519-pat00023
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬,
Figure 112019135091519-pat00024
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬)(
Figure 112019135091519-pat00020
: FPD (Frechet Point Cloud Distance) of the present invention,
Figure 112019135091519-pat00021
: the mean vector of points calculated from the real point cloud {x};
Figure 112019135091519-pat00022
: the mean vector of points calculated from the fake point cloud {x'},
Figure 112019135091519-pat00023
: the covariance matrix of points calculated from the real point cloud {x},
Figure 112019135091519-pat00024
: Covariance matrix of points calculated from fake point cloud {x'})

신뢰도 판단단계는 신뢰도 판단부(400)에서 상기 비교 수행단계(S300)로부터 수행된 비교 결과에 따라 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드의 신뢰도를 판단할 수 있다(S400).In the reliability determination step, the reliability determination unit 400 may determine the reliability of the received fake 3D point cloud according to the comparison result performed from the comparison performing step S300 ( S400 ).

신뢰도 판단단계(S400)는 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보에 대한 거리 값이 작을수록 신뢰도를 높게 판단할 수 있다.In the reliability determination step ( S400 ), the smaller the distance value between the fake 3D point cloud characteristic information and the real 3D point cloud characteristic information, the higher the reliability may be determined.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 트리 구조 GAN(Generative adversarial networks)의 파이프라인을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 K-supports을 가진 루프텀(Loop term)을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조상 텀(Ancestor term)을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 tree-GAN의 의미적(semantic) 부분 생성 및 보간 결과를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 베이스라인(예를 들어, r-GAN) 및 Tree-GAN의 비감독된 3D 포인트 클라우드 생성 결과를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a pipeline of a tree-structured generative adversarial networks (GAN) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing a loop term with K-supports according to an embodiment of the present invention , and FIG. 5 is a diagram showing an ancestor term according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing a semantic part generation and interpolation result of a tree-GAN according to an embodiment of the present invention , and FIG. 7 is a diagram illustrating a result of unsupervised 3D point cloud generation of a baseline (eg, r-GAN) and a Tree-GAN according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 트리 구조 GAN(Generative adversarial networks)은 2개의 네트워크를 포함할 수 있다. 여기서 2개의 네트워크는 생성기(Generator)와 구분자(Discriminator)라 할 수 있다.Referring first to FIG. 3 , a tree-structured generative adversarial networks (GANs) according to an embodiment of the present invention may include two networks. Here, the two networks can be referred to as a generator and a discriminator.

생성기(Generator)는 정규분포(Gaussian distribution)인

Figure 112019135091519-pat00025
로부터 입력 데이터로서 하나의 포인트를 입력받을 수 있다. 생성기(Generator)의 각 레이어에서 그래프 합성곱(GraphConv)과 분기(Branching)는 포인트
Figure 112019135091519-pat00026
의 I번째 세트를 생성할 수 있다. 이전 레이어들에 의해 생성된 모든 포인트들은 현재 레이어의 트리로 저장되고, 어펜드(append)될 수 있다. 해당 트리는 노드(node) z부터 시작하고, 분기 작업을 통해 하위노드인 자식노드(Child node)로 분할하며, 그래프 합성곱(GraphConv) 작업에 의해 노드를 수정할 수 있다. 생성기(Generator)는 출력 데이터로서 3D 포인트 클라우드
Figure 112019135091519-pat00027
를 생성할 수 있다. 여기서
Figure 112019135091519-pat00028
은 마지막 레이어 L에서 포인트들의 세트이고, n은 포인트들의 전체 개수라 할 수 있다.Generator is a Gaussian distribution
Figure 112019135091519-pat00025
One point may be input as input data from . In each layer of the Generator, GraphConv and Branching are points
Figure 112019135091519-pat00026
can create the I-th set of All points generated by previous layers can be stored and appended to the tree of the current layer. The tree starts from node z, and is divided into child nodes that are sub-nodes through branching operations, and nodes can be modified by graph convolution (GraphConv) operations. Generator is a 3D point cloud as output data
Figure 112019135091519-pat00027
can create here
Figure 112019135091519-pat00028
is the set of points in the last layer L, and n may be the total number of points.

구분자(Discriminator)는 리얼(Real) 포인트 클라우드와 생성된 페이크(Fake) 포인트 클라우드를 구분하여 발전기가 더 현실적인 포인트를 생성하도록 할 수 있다. 여기서 도 3은 r-GAN에서와 유사한 구분자(Discriminator)를 사용한 것이라 할 수 있다.A discriminator can distinguish between a real point cloud and a generated fake point cloud so that the generator generates a more realistic point. Here, Fig. 3 can be said to use a discriminator similar to that in the r-GAN.

(1) 3D 포인트 클라우드 GAN(1) 3D point cloud GAN

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 트리 구조 GAN(Generative adversarial networks)의 파이프라인을 나타낸 도면이라 할 수 있다. 잠재 코드(latent code) z로부터 3D 포인트 클라우드 x’을 생성하기 위해, 본 발명에서는 Wasserstein GAN의 목적 함수(Objective function)를 사용할 수 있다.3 is a diagram illustrating a pipeline of a tree-structured generative adversarial networks (GAN) according to an embodiment of the present invention. In order to generate a 3D point cloud x' from the latent code z, the objective function of Wasserstein GAN can be used in the present invention.

생성기(Generator)의 손실 함수(Loss function)

Figure 112019135091519-pat00029
은 아래 수학식 2로 정의할 수 있다.Loss function of Generator
Figure 112019135091519-pat00029
can be defined by Equation 2 below.

<수학식 2><Equation 2>

Figure 112019135091519-pat00030
Figure 112019135091519-pat00030

여기서, G와 D는 각각 생성기(Generator)와 구분자(Discriminator)를 나타낼 수 있고,

Figure 112019135091519-pat00031
은 잠재 코드(latent code) 분포를 나타낼 수 있다. 본 발명에서는 정규 분포(Normal distribution)
Figure 112019135091519-pat00032
를 가진
Figure 112019135091519-pat00033
을 설계할 수 있다. 구분자(Discriminator)의 손실 함수(Loss function)
Figure 112019135091519-pat00034
은 아래 수학식 3으로 정의할 수 있다.Here, G and D may represent a generator and a discriminator, respectively,
Figure 112019135091519-pat00031
may represent a latent code distribution. In the present invention, the normal distribution (Normal distribution)
Figure 112019135091519-pat00032
with
Figure 112019135091519-pat00033
can be designed. Loss function of Discriminator
Figure 112019135091519-pat00034
can be defined by Equation 3 below.

<수학식 3><Equation 3>

Figure 112019135091519-pat00035
Figure 112019135091519-pat00035

여기서,

Figure 112019135091519-pat00036
은 리얼(Real) 포인트 클라우드와 페이크(Fake) 포인트 클라우드 사이의 선분으로부터 샘플링될 수 있고,
Figure 112019135091519-pat00037
와 x은 각각 생성된 페이크(fake) 포인트 클라우드와, 리얼(real) 포인트 클라우드를 나타낼 수 있으며,
Figure 112019135091519-pat00038
은 리얼(real) 데이터 분포를 나타낼 수 있다. 상기 수학식 3은 1-립시츠 조건(1-Lipschitz condition)을 만족하는 gradient penalty를 사용한 것이라 할 수 있다.
Figure 112019135091519-pat00039
은 가중계수(weighting parameter)라 할 수 있다.here,
Figure 112019135091519-pat00036
can be sampled from a line segment between a real point cloud and a fake point cloud,
Figure 112019135091519-pat00037
and x may represent a generated fake point cloud and a real point cloud, respectively,
Figure 112019135091519-pat00038
may represent a real data distribution. Equation 3 can be said to use a gradient penalty that satisfies the 1-Lipschitz condition.
Figure 112019135091519-pat00039
can be referred to as a weighting parameter.

(2) 본 발명에서 제안된 트리 구조 GCN(2) Tree structure GCN proposed in the present invention

상기 수학식 2의 생성기(Generator)를 구현하기 위해, 본 발명에서는 도입된 다층 그래프 합성곱을 다음 수학식 4와 같이 고려할 수 있다.In order to implement the generator of Equation 2, the multilayer graph convolution introduced in the present invention can be considered as Equation 4 below.

<수학식 4><Equation 4>

Figure 112019135091519-pat00040
Figure 112019135091519-pat00040

여기서,

Figure 112019135091519-pat00041
은 활성 유닛(activation unit),
Figure 112019135091519-pat00042
은 l번째 레이어의 그래프(즉, 포인트 클라우드의 3D 좌표)에서 i번째 노드,
Figure 112019135091519-pat00043
Figure 112019135091519-pat00044
의 j번째 이웃이며,
Figure 112019135091519-pat00045
Figure 112019135091519-pat00046
의 모든 이웃들의 세트라 할 수 있다. 그런 다음, 상기 수학식 3에서 z 및 x’은 각각
Figure 112019135091519-pat00047
Figure 112019135091519-pat00048
에 의해 표현될 수 있다. 여기서, L은 마지막 레이어이며, n은 L에서 포인트들의 개수라 할 수 있다.here,
Figure 112019135091519-pat00041
is an activation unit,
Figure 112019135091519-pat00042
is the i-th node in the graph of the l-th layer (i.e. the 3D coordinates of the point cloud),
Figure 112019135091519-pat00043
silver
Figure 112019135091519-pat00044
is the j-th neighbor of
Figure 112019135091519-pat00045
silver
Figure 112019135091519-pat00046
is the set of all neighbors of . Then, in Equation 3, z and x' are each
Figure 112019135091519-pat00047
and
Figure 112019135091519-pat00048
can be expressed by Here, L is the last layer, and n is the number of points in L.

학습과정을 수행하는 동안, GCNs은 각 레이어에서 베스트 가중

Figure 112019135091519-pat00049
Figure 112019135091519-pat00050
, 베스트 바이어스
Figure 112019135091519-pat00051
을 찾을 수 있다. 그런 다음, 포인트 클라우드에 대한 3D 생성은 리얼(Real) 포인트 클라우드의 유사성을 보장하기 위해 상기 파라미터를 사용하여 조정할 수 있다. 상기 수학식 3에서 첫 번째 텀(term)과 두 번째 텀(term)은 각각 루프(loop)와 이웃(neighbors)이라 할 수 있다.During the learning process, GCNs are best weighted at each layer.
Figure 112019135091519-pat00049
and
Figure 112019135091519-pat00050
, best bias
Figure 112019135091519-pat00051
can be found Then, the 3D generation for the point cloud can be adjusted using the above parameters to ensure the similarity of the real point cloud. In Equation 3, the first term and the second term may be referred to as loops and neighbors, respectively.

일반적인 GCN을 향상시키기 위해, 본 발명의 GCN은 트리 구조(즉, TreeGCN)로 증가된 새로운 GCN이라 할 수 있다. 본 발명의 TreeGCN은 정점의 상위(Ancestors)에서부터 하위(Descendants)로 정보를 전달함으로써, 계층적 GCNs을 위한 트리 구조를 도입한 것이라 할 수 있다. 본 발명의 TreeGCN의 가장 독특한 특징은 각 정점들이 이웃의 정점 대신, 트리에 있는 조상(Ancestors)의 값을 참조함으로써 해당 조상의 값의 업데이트가 가능하다는 것이라 할 수 있다.In order to improve the general GCN, the GCN of the present invention can be said to be a new GCN increased to a tree structure (ie, TreeGCN). The TreeGCN of the present invention can be said to introduce a tree structure for hierarchical GCNs by transferring information from ancestors (Ancestors) to descendants (Descendants) of vertices. The most unique feature of the TreeGCN of the present invention is that each vertex refers to the value of the ancestors in the tree instead of the vertices of the neighbor, so that the value of the corresponding ancestor can be updated.

일반적인 GCNs은 상기 정의된 수학식 4와 같이, 단일의 깊이에서 이웃들만을 참조하는 방법으로 고려될 수 있다. 본 발명에서 제안된 그래프 합성곱은 아래 수학식 1로 정의할 수 있다.General GCNs can be considered as a method of referencing only neighbors at a single depth, as in Equation 4 defined above. The graph convolution proposed in the present invention can be defined by Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

Figure 112019135091519-pat00052
Figure 112019135091519-pat00052

(

Figure 112019135091519-pat00053
: l+1번째 레이어의 그래프(즉, 포인트 클라우드의 3D 좌표)에서 i번째 노드,
Figure 112019135091519-pat00054
: l번째 레이어의 그래프(즉, 포인트 클라우드의 3D 좌표)에서 i번째 노드, K: support의 갯수,
Figure 112019135091519-pat00055
: 활성함수(activation function),
Figure 112019135091519-pat00056
: 기하학적 관계 특성,
Figure 112019135091519-pat00057
: 계층적 특성,
Figure 112019135091519-pat00058
: j번째 조상 노드,
Figure 112019135091519-pat00059
:
Figure 112019135091519-pat00060
노드의 가능한 모든 조상 노드들의 집합,
Figure 112019135091519-pat00061
:
Figure 112019135091519-pat00062
노드를 위한 wight matrix,
Figure 112019135091519-pat00063
: l번째 레이어의 모든 노드들을 위한 bias term)(
Figure 112019135091519-pat00053
: i-th node in the graph of the l+1th layer (that is, the 3D coordinates of the point cloud),
Figure 112019135091519-pat00054
: i-th node in the graph of the l-th layer (ie, the 3D coordinates of the point cloud), K: the number of supports,
Figure 112019135091519-pat00055
: activation function,
Figure 112019135091519-pat00056
: geometric relationship characteristics,
Figure 112019135091519-pat00057
: hierarchical characteristics,
Figure 112019135091519-pat00058
: the jth ancestor node,
Figure 112019135091519-pat00059
:
Figure 112019135091519-pat00060
the set of all possible ancestors of a node,
Figure 112019135091519-pat00061
:
Figure 112019135091519-pat00062
weight matrix for nodes,
Figure 112019135091519-pat00063
: bias term for all nodes of the lth layer)

상기 수학식 1에는 상기 수학식 4와 비교하였을 때 구별되는 2가지 주요 차이점이 존재한다.There are two main differences in Equation 1 that are distinguished from Equation 4 above.

첫 번째 차이점은 서브네트워크

Figure 112019135091519-pat00064
을 사용하여 일반적인 루프텀을 향상시키는 것이다. 여기서,
Figure 112019135091519-pat00065
Figure 112019135091519-pat00066
의 K supports에 의해 생성되는 것이라 할 수 있다. 이 때
Figure 112019135091519-pat00067
은 K-supports을 가진 루프텀이라 할 수 있다. The first difference is the subnetwork
Figure 112019135091519-pat00064
is used to improve the general loop term. here,
Figure 112019135091519-pat00065
silver
Figure 112019135091519-pat00066
It can be said that it is created by the K supports of . At this time
Figure 112019135091519-pat00067
is a loop term with K-supports.

두 번째 차이점은 현재 포인트의 값을 업데이트하기 위해, 트리에 있는 모든 조상(Ancestors)로부터 받은 값의 고려사항이다. 여기서,

Figure 112019135091519-pat00068
Figure 112019135091519-pat00069
의 모든 조상(Ancestors)의 세트를 나타낸 것이라 할 수 있다. 이를 조상 텀(term ancestors)라 할 수 있다.The second difference is the consideration of values received from all Ancestors in the tree to update the value of the current point. here,
Figure 112019135091519-pat00068
silver
Figure 112019135091519-pat00069
It can be said to represent the set of all the Ancestors of These can be referred to as term ancestors.

(2-1) 본 발명의 그래프 합성곱(Advanced Graph convolution)(2-1) Graph convolution of the present invention (Advanced Graph convolution)

본 발명에서 제안한 트리 구조 그래프 합성곱(즉, GraphConv)은 K-supports을 가진 루프와 조상 텀(Ancestor terms)을 사용하여 포인트들의 조정을 수정하는 것을 목표로 할 수 있다.The tree-structured graph convolution (ie, GraphConv) proposed in the present invention can aim to correct the adjustment of points by using a loop with K-supports and ancestor terms.

Loop term with K-supports: 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 K-supports을 가진 루프텀(Loop term)을 나타낸 도면이라 할 수 있다. 도 4의 왼쪽(Left)에 해당하는 일반적인 루프텀은

Figure 112019135091519-pat00070
부터
Figure 112019135091519-pat00071
까지 매핑을 학습하기 위해 상기 수학식 4의 단일 파라미터
Figure 112019135091519-pat00072
을 사용할 수 있다. 도 4의 오른쪽(Right)에 해당하는 본 발명의 루프텀은
Figure 112019135091519-pat00073
부터
Figure 112019135091519-pat00074
까지 더욱 복잡한 매핑을 학습하기 위한 것으로, K 노드(즉,
Figure 112019135091519-pat00075
)을 가진 완전연결층(Fully connected layer)라 할 수 있다.Loop term with K-supports: FIG. 4 is a diagram illustrating a loop term with K-supports according to an embodiment of the present invention. A typical loop term corresponding to the left of FIG. 4 is
Figure 112019135091519-pat00070
from
Figure 112019135091519-pat00071
single parameter of Equation 4 above to learn the mapping up to
Figure 112019135091519-pat00072
can be used The loop term of the present invention corresponding to the right of FIG. 4 is
Figure 112019135091519-pat00073
from
Figure 112019135091519-pat00074
For learning more complex mappings up to K nodes (i.e.,
Figure 112019135091519-pat00075
) can be called a fully connected layer.

도 4를 참조하여 Loop term with K-supports을 설명하면, 상기 수학식 1에서의 새로운 루프텀의 목표는 상기 수학식 4와 같이 단일 파라미터

Figure 112019135091519-pat00076
만을 사용하는 대신에 K-supports을 기초로 다음 포인트를 제안하는 것이라 할 수 있다. 이는 아래 수학식 5로 표현할 수 있다.When the Loop term with K-supports is described with reference to FIG. 4 , the target of the new loop term in Equation 1 is a single parameter as shown in Equation 4 above.
Figure 112019135091519-pat00076
It can be said that the next point is suggested based on K-supports instead of using only the K-supports. This can be expressed by Equation 5 below.

<수학식 5><Equation 5>

Figure 112019135091519-pat00077
Figure 112019135091519-pat00077

여기서,

Figure 112019135091519-pat00078
은 K 노드들을 포함하는 완전연결층(Fully connected layer)이라 할 수 있다. 1차 근사치를 사용하는 기존의 GCN은 현재 포인트에서 다음 포인트를 생성하기 위해, 루프텀에서 단일 파라미터를 채택할 수 있다.here,
Figure 112019135091519-pat00078
can be called a fully connected layer including K nodes. Existing GCN using first-order approximation can adopt a single parameter in the loop term to generate the next point from the current point.

다만, 큰 그래프를 위한 단일 파라미터의 대표 용량은 복잡한 포인트 분포를 표현하기 위해서 불충분할 수 있다. 따라서, 본 발명의 루프텀은 포인트들의 더 복잡한 분포를 표현하기 위해서 K supports을 활용할 수 있다.However, the representative capacity of a single parameter for a large graph may be insufficient to express a complex point distribution. Therefore, the loop term of the present invention can utilize K supports to express a more complex distribution of points.

Ancestor term: 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조상 텀(Ancestor term)을 나타낸 도면이라 할 수 있다. 도 5의 왼쪽(Left)에 해당하는 일반적인 이웃 텀(neighbor term)은

Figure 112019135091519-pat00079
을 생성하기 위해
Figure 112019135091519-pat00080
의 이웃(neighbor)을 사용할 수 있다. 도 5의 오른쪽(Right)에 해당하는 본 발명에서 생성된 조상 텀(Ancestor term)은
Figure 112019135091519-pat00081
을 생성하기 위해
Figure 112019135091519-pat00082
의 조상(Ancestor)을 사용할 수 있다.Ancestor term: Figure 5 can be said to be a diagram showing an ancestor term (Ancestor term) according to an embodiment of the present invention. A general neighbor term corresponding to the left of FIG. 5 is
Figure 112019135091519-pat00079
to create
Figure 112019135091519-pat00080
can be used as a neighbor of Ancestor term generated in the present invention corresponding to the right (Right) of Figure 5 is
Figure 112019135091519-pat00081
to create
Figure 112019135091519-pat00082
You can use the Ancestor of .

도 5를 참조하여 Ancestor term을 설명하면, 그래프 합성곱을 위해 그래프의 연결성을 아는 것은 해당 정보가 GCN이 정점에서 다른 연결 정점들로 유용한 정보를 전파하도록 하여 매우 중요하다고 할 수 있다. 하지만, 본 발명의 포인트 클라우드 생성 환경에서는 본 발명에서 다양한 포인트 클라우드 유형을 생성할 수 있어야하기 때문에, 연결에 관한 사전 지식을 사용하는 것은 불가능하다고 할 수 있다.When the Ancestor term is described with reference to FIG. 5 , it can be said that knowing the connectivity of the graph for graph convolution is very important because the corresponding information allows the GCN to propagate useful information from vertices to other connected vertices. However, in the point cloud generation environment of the present invention, it is impossible to use prior knowledge about connection because various types of point clouds must be created in the present invention.

그러므로, 동적 3D 포인트 생성 문제는 이러한 네트워크들이 그래프의 연결이 주어진다고 가정하기 때문에 기존의 GCNs을 사용하여 다루어질 수 없다. 상기 수학식 4에서 이웃 텀에 대한 대체로서, 본 발명에서는 상기 수학식 1에 대한 두 번째 텀에서 조상(Ancestor)을 정의할 수 있다. 이 두 번째 텀은 선형 사상(linear mapping)

Figure 112019135091519-pat00083
을 통해 조상(Ancestor)
Figure 112019135091519-pat00084
으로부터 모든 정보를 결합할 수 있다. 그 이유는 각 조상(Ancestor)이 다른 레이어의 다른 특징공간에 속하는데, 이 때 본 발명의 조상 텀(Ancestor term)은 이전 레이어들과 다른 특징공간으로부터 모든 정보를 융합할 수 있기 때문이다. 다음 포인트를 생성하기 위해, 현재 포인트는 조상(ancestor) 정보를 효과적으로 결합할 수 있는 최상의 매핑
Figure 112019135091519-pat00085
을 찾기 위해 다양한 특징공간에서 상기 현재 포인트에 해당하는 조상(ancestors)을 참조할 수 있다. 이 새로운 조상 텀(ancestor term)을 사용함으로써, 본 발명의 tree-GAN은 하기 (3)에서 설명한 바와 같이 몇 가지 바람직한 수학적 특성(Mathematical Properties)을 얻을 수 있다. 도 5는 조상 텀(ancestor term)을 사용한 그래프 합성곱 과정을 보여주는 도면이라 할 수 있다.Therefore, the problem of dynamic 3D point generation cannot be addressed using existing GCNs because these networks assume that the connection of the graph is given. As an alternative to the neighboring term in Equation 4, in the present invention, an ancestor may be defined in the second term with respect to Equation 1 above. This second term is a linear mapping
Figure 112019135091519-pat00083
Ancestors through
Figure 112019135091519-pat00084
You can combine all information from The reason is that each ancestor belongs to a different feature space of a different layer, and in this case, the Ancestor term of the present invention can fuse all information from the feature space different from the previous layers. To create the next point, the current point is the best mapping that can effectively combine ancestor information.
Figure 112019135091519-pat00085
Ancestors corresponding to the current point may be referred to in various feature spaces to find . By using this new ancestor term, the tree-GAN of the present invention can obtain some desirable mathematical properties as described in (3) below. 5 is a diagram showing a graph convolution process using an ancestor term.

(2-2) 분기(Branching)(2-2) Branching

분기(Branching)는 포인트들의 전체 개수를 증가시키기 위한 과정이라 할 수 있으며, 이는 2D 합성곱에서 업샘플링(up-sampling)과 유사하다고 할 수 있다. 분기에서,

Figure 112019135091519-pat00086
은 단일 포인트
Figure 112019135091519-pat00087
를 자식노드
Figure 112019135091519-pat00088
로 변형시킨 것이라 할 수 있다. 여기서,
Figure 112019135091519-pat00089
이며, 아래 수학식 6을 참조할 수 있다.Branching can be said to be a process for increasing the total number of points, which can be said to be similar to up-sampling in 2D convolution. in the branch,
Figure 112019135091519-pat00086
is a single point
Figure 112019135091519-pat00087
is a child node
Figure 112019135091519-pat00088
It can be said that it has been transformed into here,
Figure 112019135091519-pat00089
, and can be referred to Equation 6 below.

<수학식 6><Equation 6>

Figure 112019135091519-pat00090
Figure 112019135091519-pat00090

여기서,

Figure 112019135091519-pat00091
은 행렬 A의 j번째 열(Column)을 나타낼 수 있다. 그런 다음, (l+1)번째 레이어에서 포인트들의 전체 개수는
Figure 112019135091519-pat00092
라 할 수 있다. 여기서,
Figure 112019135091519-pat00093
은 l번째 레이어에서 포인트들의 개수라 할 수 있다.here,
Figure 112019135091519-pat00091
may indicate the j-th column of the matrix A. Then, the total number of points in the (l+1)th layer is
Figure 112019135091519-pat00092
can be said here,
Figure 112019135091519-pat00093
is the number of points in the l-th layer.

본 발명의 실시예에서, 본 발명은 다른 레이어(예를 들어,

Figure 112019135091519-pat00094
)에 대한 다른 분기점을 사용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the present invention provides another layer (eg,
Figure 112019135091519-pat00094
) can be used for other branching points.

최종 레이어에서 포인트들의 개수는

Figure 112019135091519-pat00095
라 할 수 있다.The number of points in the final layer is
Figure 112019135091519-pat00095
can be said

(3) Mathematical Properties(3) Mathematical Properties

한편, 본 발명의 실시예를 통해 생성된 포인트들 사이의 기하학적 관계를 수학적으로 분석하고, 이러한 관계가 어떻게 트리 구조화된 그래프 합성곱을 통해 출력 유클리드 공간에서 형성되는지 입증할 수 있다.On the other hand, it is possible to mathematically analyze the geometrical relationship between the points generated through the embodiment of the present invention, and prove how this relationship is formed in the output Euclidean space through tree-structured graph convolution.

Proposition 1:

Figure 112019135091519-pat00096
Figure 112019135091519-pat00097
은 각각 상기 수학식 1에서 생성된 포인트로서, 마지막 레이어 L에서
Figure 112019135091519-pat00098
을 가진 동일한 부모(parents)와 다른 부모(parents)를 공유하는 포인트라 할 수 있다.
Figure 112019135091519-pat00099
은 상기 수학식 5에서 l번째 레이어에서 포인트
Figure 112019135091519-pat00100
의 루프라 할 수 있다. 이후, 본 발명에서는 첨자 l이 마지막 레이어 L를 나타낸다면,
Figure 112019135091519-pat00101
Figure 112019135091519-pat00102
의 첨자를 생략할 수 있다.Proposition 1:
Figure 112019135091519-pat00096
and
Figure 112019135091519-pat00097
are points generated in Equation 1, respectively, in the last layer L
Figure 112019135091519-pat00098
It can be said to be a point that shares the same parents with different parents.
Figure 112019135091519-pat00099
is a point in the l-th layer in Equation 5
Figure 112019135091519-pat00100
It can be said that the loop of Then, in the present invention, if the subscript l represents the last layer L,
Figure 112019135091519-pat00101
and
Figure 112019135091519-pat00102
can be omitted.

<수학식 7><Equation 7>

Figure 112019135091519-pat00103
Figure 112019135091519-pat00103

<수학식 8><Equation 8>

Figure 112019135091519-pat00104
Figure 112019135091519-pat00104

여기서,

Figure 112019135091519-pat00105
은 l번째 레이어에서 포인트 p의 모든 조상(ancestors)라 할 수 있다. 단순하게, 본 발명의 실시예에서는 상기 수학식 5에서 분기(Branch) 과정 및
Figure 112019135091519-pat00106
을 무시할 수 있다.here,
Figure 112019135091519-pat00105
can be said to be all ancestors of point p in the lth layer. Simply, in the embodiment of the present invention, the branch process and
Figure 112019135091519-pat00106
can be ignored.

상기 Proposition 1에 기초하여, 본 발명의 실시예는 하기 ① 및 ②가 진실임을 증명할 수 있다.Based on Proposition 1, the embodiment of the present invention can prove that the following ① and ② are true.

① 두 개의 포인트들 사이의 기하학적 거리는 공유된 조상(ancestors)의 개수에 의해 결정될 수 있다. : 만약 두 개의 포인트인

Figure 112019135091519-pat00107
Figure 112019135091519-pat00108
이 다른 조상(ancestors)을 가진다면, 해당 두 개의 포인트들 사이의 기하학적 거리는 각 레이어 I (즉, 상기 수학식 8에서
Figure 112019135091519-pat00109
)에서 해당 두 개의 포인트들 조상들(ancestors) 사이와, 이의 루프들 (즉, 상기 수학식 8에서
Figure 112019135091519-pat00110
) 사이의 차이의 합으로 계산될 수 있다. 따라서, 해당 두 개의 포인트들 조상들(ancestors)이 점점 달라짐에 따라, 해당 두 개의 포인트들 사이의 기하학적 거리는 증가할 수 있다.① The geometric distance between two points can be determined by the number of shared ancestors. : If two points
Figure 112019135091519-pat00107
and
Figure 112019135091519-pat00108
If we have these different ancestors, the geometric distance between the two points is each layer I (i.e., in Equation 8 above)
Figure 112019135091519-pat00109
) between the corresponding two points ancestors and its loops (that is, in Equation 8 above
Figure 112019135091519-pat00110
) can be calculated as the sum of the differences between Accordingly, as the ancestors of the two points gradually change, the geometric distance between the two points may increase.

② 기하학적으로 관련된 포인트들은 같은 조상들(ancestors)을 공유할 수 있다. : 만약 두 개의 포인트인

Figure 112019135091519-pat00111
Figure 112019135091519-pat00112
은 같은 조상들(ancestors)을 공유한다면, 해당 두 개의 포인트들 사이의 기하학적 거리는 상기 수학식 7과 같이, 해당 포인트들의 루프들에 의해서만 영향을 받을 수 있다. 따라서, 상기 수학식 7에서 같은 조상들(ancestors)을 가진 두 개의 포인트들 사이의 기하학적 거리는,
Figure 112019135091519-pat00113
=0 와 같은 상기 수학식 8에서 다른 조상들(ancestors)을 가진 포인트들 사이와 비교한다면 감소할 수 있다.② Geometrically related points can share the same ancestors. : If two points
Figure 112019135091519-pat00111
and
Figure 112019135091519-pat00112
If n shares the same ancestors, the geometric distance between the two points can be affected only by the loops of the corresponding points as in Equation 7 above. Therefore, in Equation 7 above, the geometric distance between two points with the same ancestors is,
Figure 112019135091519-pat00113
It can be reduced if compared between points with different ancestors in Equation 8, such as =0.

상기 ① 및 ②의 특징에 기초하여, 본 발명의 tree-GAN은 도 6에 도시된 바와 같이 객체의 의미적(Semantic) 부분을 생성할 수 있다. 여기서, 같은 조상들(ancestors)을 가진 포인트들은 같은 객체의 부분에 속한다고 가정할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 하기 (5-1)에서 Tree-GAN에 대한 부분적인 생성 문제를 확인할 수 있다.Based on the characteristics of ① and ②, the tree-GAN of the present invention can generate a semantic part of an object as shown in FIG. 6 . Here, it can be assumed that points with the same ancestors belong to a part of the same object. In an embodiment of the present invention, a partial generation problem for the Tree-GAN can be confirmed in (5-1) below.

이 때 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 tree-GAN의 의미적(semantic) 부분 생성 및 보간 결과를 나타낸 도면이라 할 수 있다. 보다 상세하게 도 6에서 붉은색 및 파란색 포인트 클라우드는 기하학적으로 다른 포인트들의 패밀리(families)를 형성하는 트리의 서로 다른 조상(ancestors)으로부터 생성될 수 있다. 비행기들의 가장 왼쪽과 가장 오른쪽 포인트 클라우드는 서로 다른 노이즈 입력으로부터 생성될 수 있다. 중간 비행기들은 잠재 공간 표현에 기초하여 가장 왼쪽과 가장 오른쪽 포인트 클라우드 사이를 보간(interpolating)하여 구할 수 있다.At this time, FIG. 6 can be said to be a diagram showing the semantic part generation and interpolation results of the tree-GAN according to an embodiment of the present invention. More specifically, the red and blue point clouds in FIG. 6 may be generated from different ancestors of the tree forming families of geometrically different points. The leftmost and rightmost point clouds of the planes can be generated from different noise inputs. Intermediate planes are obtained by interpolating between the leftmost and rightmost point clouds based on the latent spatial representation.

(4) Frechet Point Cloud Distance(4) Frechet Point Cloud Distance

본 발명의 실시예에서는 GAN 간의 정량적 비교를 위해, GAN에 의해 생성되는 3D 포인트 클라우드의 품질을 정확하게 측정할 수 있는 평가 지표를 요구할 수 있다. 2D 데이터 생성 문제의 경우에서, FID는 가장 흔한 지표(metric)이라 할 수 있다. FID는 사전에 학습된 인셉션(inception) V3 모델을 채택하여 평가용 기능 공간을 활용할 수 있다. 비록 전통적인 지표(metric)가 리얼(real) 포인트 클라우드와 생성된 페이크(fake) 포인트 클라우드 사이의 일치 거리를 직접 측정하여 생성된 포인트들의 품질을 평가하는 데에 사용될 수 있으나, GAN의 목표가 유사한 샘플(예: MMD 또는 CD)을 생성하는 것이 아닌 가능한 한 가까운 실제 합성 확률 측정치를 생성하는 것이기 때문에 하위 측정지표(sub-optimal metrics)로 간주할 수 있다. 이러한 관점은 GAN을 사용하는 비감독적 2D 이미지(또는 영상) 생성 작업에서 탐색되었다고 할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예에는 FPD라 불리는 3D 포인트 클라우드를 생성하기 위한 새로운 평가 지표(metric)를 제안할 수 있다. 여기서 FPD(Frechet Point Cloud Distance)는 페이크(fake) 3차원 포인트 클라우드(3D Point cloud)와 리얼(real) 3차원 포인트 클라우드 특징정보 간의 거리를 뜻한다.In an embodiment of the present invention, for quantitative comparison between GANs, an evaluation index capable of accurately measuring the quality of the 3D point cloud generated by the GAN may be required. In the case of 2D data generation problems, FID is the most common metric. FID can utilize the functional space for evaluation by adopting a pre-trained inception V3 model. Although a traditional metric can be used to evaluate the quality of the generated points by directly measuring the coincidence distance between the real point cloud and the generated fake point cloud, the goal of the GAN is similar to the sample ( It can be considered as sub-optimal metrics because it is not generating an actual synthetic probability measure as close as possible to the actual synthetic probability measure, e.g. MMD or CD. This perspective can be said to have been explored in the work of generating unsupervised 2D images (or videos) using GAN. Accordingly, in an embodiment of the present invention, a new evaluation metric for generating a 3D point cloud called FPD may be proposed. Here, FPD (Frechet Point Cloud Distance) means a distance between a fake 3D point cloud and a real 3D point cloud characteristic information.

FID와 유사하게, 본 발명에서 제안된 FPD는 다음 수학식 9와 같이, 특징 공간에서 리얼(real) 가우시안 측정값과 페이크(fake) 가우시안 측정값 사이의 2-Wasserstein 거리를 계산할 수 있다.Similar to FID, the FPD proposed in the present invention can calculate a 2-Wasserstein distance between a real Gaussian measurement value and a fake Gaussian measurement value in the feature space as shown in Equation 9 below.

<수학식 9><Equation 9>

Figure 112019135091519-pat00114
Figure 112019135091519-pat00114

여기서,

Figure 112019135091519-pat00115
Figure 112019135091519-pat00116
은 각각 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector)와 공분산(covariance) 행렬이라 할 수 있다. 그리고,
Figure 112019135091519-pat00117
Figure 112019135091519-pat00118
은 각각 생성된 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector)와 공분산(covariance) 행렬이라 할 수 있다. 여기서,
Figure 112019135091519-pat00119
Figure 112019135091519-pat00120
라 할 수 있다. 상기 수학식 9에서, Tr(A)은 행렬 A의 메인 대각선(diagonal)을 따른 원소의 합계라 할 수 있다. 본 (4)에서의 목적을 위해, 본 발명의 실시예에서는 합성곱 평가 지표들과, 제안된 FPD 모두 사용할 수 있다.here,
Figure 112019135091519-pat00115
and
Figure 112019135091519-pat00116
may be referred to as a mean vector and a covariance matrix of points calculated from a real point cloud {x}, respectively. And,
Figure 112019135091519-pat00117
and
Figure 112019135091519-pat00118
may be referred to as a mean vector and a covariance matrix of points calculated from each generated fake point cloud {x'}. here,
Figure 112019135091519-pat00119
and
Figure 112019135091519-pat00120
can be said In Equation 9, Tr(A) may be the sum of elements along the main diagonal of the matrix A. For the purpose of this (4), both the convolution evaluation indices and the proposed FPD can be used in the embodiment of the present invention.

(5) 실험 결과(Experimental Results)(5) Experimental Results

Implementation details: 본 발명의 실시예에서는

Figure 112019135091519-pat00121
인 학습속도와 기타 계수
Figure 112019135091519-pat00122
=0 및
Figure 112019135091519-pat00123
을 가진 생성기(Generator)와 구분자(Discriminator) 네트워크 모두에 Adam Optimizer를 사용하였다. 생성기(Generator)에서는 배치 정상화(Batch normalization)가 없는 비선형 함수로서 LeakyReLU을 사용할 수 있다. 구분자(Discriminator)의 네트워크 아키텍처(architecture)는 r-GAN의 아키텍처와 동일하였다. 경사도형 패널티 계수(gradient penalty coefficient)는 10으로 설정되었고, 구분자(Discriminator)는 반복 당 5회로 업데이트되었으며, 생성기(Generator)는 반복 당 1회로 업데이트되었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 잠재 벡터(latent vector)
Figure 112019135091519-pat00124
은 정상 분포
Figure 112019135091519-pat00125
로부터 샘플링되어 입력 역할을 하였다. 7개의 레이어들 (L=7)은 TreeGCN을 위해 사용되었다. 상기 수학식 5에서 TreeGCN의 루프텀은 K=10 supports을 가지고 있었다. 마지막 레이어에서 포인트들의 전체 개수는 n=2048로 설정되었다.Implementation details: In an embodiment of the present invention,
Figure 112019135091519-pat00121
learning rate and other coefficients
Figure 112019135091519-pat00122
=0 and
Figure 112019135091519-pat00123
Adam Optimizer was used for both generator and discriminator networks with The Generator can use LeakyReLU as a non-linear function without batch normalization. The network architecture of Discriminator was the same as that of r-GAN. The gradient penalty coefficient was set to 10, the Discriminator updated 5 times per iteration, and the Generator updated once per iteration. As shown in Figure 3, the latent vector (latent vector)
Figure 112019135091519-pat00124
is the normal distribution
Figure 112019135091519-pat00125
was sampled from and served as input. Seven layers (L=7) were used for TreeGCN. In Equation 5, the loop term of TreeGCN had K=10 supports. The total number of points in the last layer was set to n=2048.

Comparison: 3D 포인트 클라우드 생성을 위한 기존의 GAN은 2가지 뿐이다(r-GAN 및 GAN). 따라서, 본 발명에서 제안된 tree-GAN은 상기 두 개의 기존 GAN와 비교되었다. 기존의 GAN들은 각 클래스에 대해 별도의 네트워크를 훈련하는 반면, 본 발명에서 제안된 Tree-GAN은 단일 네트워크만 훈련한다.Comparison: There are only two existing GANs for creating 3D point clouds: r-GAN and GAN. Therefore, the tree-GAN proposed in the present invention was compared with the two existing GANs. Existing GANs train a separate network for each class, whereas the Tree-GAN proposed in the present invention trains only a single network.

Evaluation metrics: 본 발명에서는 실시예로서, 3D 형상의 대규모 데이터 세트인 ShapeNet을 사용하여 tree-GAN을 평가할 수 있다. 이 때 평가는 본 발명에서 제안된 FPD와, 행렬의 측면에서 수행되었다. FPD에 대한 기준 모델로서, 객체의 부분 입력을 처리할 수 있기 때문에 본 발명에서는 PointNet의 분류 모듈을 사용할 수 있다. 이 특성은 생성된 포인트 클라우드가 점차적으로 모양을 형성하기 때문에 FPD에 적합하며, 이는 포인트 클라우드가 학습하는 동안 부분적으로 완성될 수 있다는 것을 의미할 수 있다. FPD의 구현을 위해, 본 발명에서는 분류 작업의 98%의 정확도를 달성하고자 우선 40세대(epochs)의 분류 모듈을 학습할 수 있다. 그런 다음, 상기 수학식 9에서 평균(mean)과 공분산(covariance)을 계산하고자, 밀도층의 출력으로부터 1808차원 특징 벡터를 추출할 수 있다.Evaluation metrics: As an embodiment in the present invention, tree-GAN can be evaluated using ShapeNet, which is a large-scale data set of 3D shapes. At this time, the evaluation was performed in terms of the FPD and matrix proposed in the present invention. As a reference model for FPD, the classification module of PointNet can be used in the present invention because it can process partial input of objects. This property is suitable for FPD because the generated point cloud gradually takes shape, which may mean that the point cloud can be partially completed while learning. For the implementation of FPD, in the present invention, the classification module of 40 generations (epochs) may be first learned in order to achieve 98% accuracy of the classification task. Then, in order to calculate the mean and covariance in Equation 9, a 1808-dimensional feature vector may be extracted from the output of the density layer.

(5-1) Ablation Study(5-1) Ablation Study

본 발명에서 제안된 Tree-GAN을 분석하고, 이의 유용한 특성, 즉 보간법(Interpolation)을 통한 비감독적 의미적(Semantic) 부분 생성, 잠재 공간 표현과, 분기(Branching) 등을 검토할 수 있다.It is possible to analyze the Tree-GAN proposed in the present invention, and examine its useful properties, namely, unsupervised semantic part generation through interpolation, latent spatial expression, branching, and the like.

Unsupervised semantic part generation : 본 발명의 Tree-GAN은 학습과정 동안 해당 부분에 관한 사전지식이 없어도 다른 의미적(Semantic) 부분에 대한 포인트 클라우드를 생성할 수 있다. 본 발명의 Tree-GAN은 트리 구조화 그래프 합성곱 덕분에 이 의미적(Semantic) 생성을 수행할 수 있는데, 이는 GAN 기반 3D 포인트 클라우드 방식에서 독특한 특징이라 할 수 있다. 상기 Proposition 1에 언급한 바와 같이, 포인트들 간의 기하학적 거리는 해당 트리의 조상(ancestors)들에 의해 결정될 수 있다. 다른 조상(ancestors)들은 기하학적으로 다른 포인트들의 패밀리(families)를 의미할 수 있다.Unsupervised semantic part generation: The Tree-GAN of the present invention can generate point clouds for other semantic parts without prior knowledge about the corresponding part during the learning process. The Tree-GAN of the present invention can perform this semantic generation thanks to tree-structured graph convolution, which is a unique feature in the GAN-based 3D point cloud method. As mentioned in Proposition 1 above, the geometric distance between points may be determined by ancestors of the corresponding tree. Different ancestors may refer to families of geometrically different points.

따라서, 다른 조상(ancestors)을 선택함으로써, 본 발명의 tree-GAN은 의미적으로 다른 포인트 클라우드의 부분을 생성할 수 있다. 이 때 상기 포인트의 기하학적 패밀리(families)는 서로 다른 잠재 코드(latent code) 입력 사이가 동일하다는 점을 유의해야한다. 예를 들어,

Figure 112019135091519-pat00126
은 잠재 코드(latent code)의 샘플로 추출될 수 있다.
Figure 112019135091519-pat00127
=
Figure 112019135091519-pat00128
Figure 112019135091519-pat00129
은 생성된 포인트 클라우드에 상응하는 것이라 할 수 있다.
Figure 112019135091519-pat00130
은 2048 포인트 색인(indices)의 특정 부분집합이라 할 수 있다. 그런 다음,
Figure 112019135091519-pat00131
색인(indices)
Figure 112019135091519-pat00132
에서
Figure 112019135091519-pat00133
의 서브셋을 나타낼 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 만약 본 발명에서 포인트 클라우드의 색인(indices)의 동일한 서브셋을 선택한다면, 이는 비록 잠재 코드(latent code) 입력이 서로 다르다 하더라도 같은 의미적(semantic) 부분의 결과가 도출될 수 있다.Thus, by selecting different ancestors, the tree-GAN of the present invention can generate semantically different parts of the point cloud. It should be noted here that the geometric families of the points are the same between different latent code inputs. For example,
Figure 112019135091519-pat00126
can be extracted as a sample of the latent code.
Figure 112019135091519-pat00127
=
Figure 112019135091519-pat00128
and
Figure 112019135091519-pat00129
can be said to correspond to the generated point cloud.
Figure 112019135091519-pat00130
can be said to be a specific subset of the 2048 point indices. after that,
Figure 112019135091519-pat00131
indices
Figure 112019135091519-pat00132
in
Figure 112019135091519-pat00133
can represent a subset of As shown in FIG. 6, if the same subset of indices of the point cloud is selected in the present invention, the same semantic result is derived even if the latent code inputs are different. can be

예를 들어,

Figure 112019135091519-pat00134
(예를 들어,
Figure 112019135091519-pat00135
Figure 112019135091519-pat00136
)에 의해 인덱스된 모든 붉은색 포인트들은 비행기의 조종석(cockpits)을 나타내는 반면,
Figure 112019135091519-pat00137
(예를 들어,
Figure 112019135091519-pat00138
Figure 112019135091519-pat00139
)에 의해 인덱스된 모든 파란색 포인트들이 비행기의 꼬리를 나타낼 수 있다. 이러한 ablation study로부터, 본 발명에서는 조상(ancestors) 간의 차이가 포인트들 사이의 의미적(semantic) 차이를 결정한다는 것과, 동일한 조상(ancestor)(예를 들어, 도 9에서 왼쪽 날개를 나타내는 녹색 및 보라색 포인트들)을 가진 두 개의 포인트가 서로 다른 잠재 코드(latent codes)에 대한 상대적 거리를 유지한다는 것을 확인할 수 있다.For example,
Figure 112019135091519-pat00134
(For example,
Figure 112019135091519-pat00135
and
Figure 112019135091519-pat00136
All red points indexed by ) represent the cockpits of the plane, while
Figure 112019135091519-pat00137
(For example,
Figure 112019135091519-pat00138
and
Figure 112019135091519-pat00139
), all blue points indexed by ) may represent the tail of the airplane. From this ablation study, in the present invention, the difference between ancestors (ancestors) determines the semantic difference between points, and the same ancestor (eg, green and purple representing the left wing in FIG. points) maintain relative distances for different latent codes.

Interpolation: 본 발명에서는 6개의 알파(alphas)인

Figure 112019135091519-pat00140
에 기초하여, 입력 잠재 코드(latent code)를
Figure 112019135091519-pat00141
로 설정하여 3D 포인트 클라우드를 보간(interpolate)할 수 있다. 도 6에서의 비행기의 가장 왼쪽 및 가장 오른쪽 포인트 클라우드는 각각
Figure 112019135091519-pat00142
Figure 112019135091519-pat00143
에 의해 생성될 수 있다. 또한, 본 발명의 tree-GAN은 두 개의 포인트 클라우드 간의 실제 보간(interpolations)을 생성할 수 있다.Interpolation: In the present invention, six alphas
Figure 112019135091519-pat00140
Based on the input latent code
Figure 112019135091519-pat00141
can be set to interpolate the 3D point cloud. The leftmost and rightmost point clouds of the plane in FIG. 6 are respectively
Figure 112019135091519-pat00142
and
Figure 112019135091519-pat00143
can be created by In addition, the tree-GAN of the present invention can generate actual interpolations between two point clouds.

Branching strategy: 본 발명의 실시예에서는 제안된 지표(metric)의 수렴 역학관계가 서로 다른 분기(branching) 전략에 민감하지 않다는 것을 보여주기 위해 실험을 실시할 수 있다. 다른 실험과 마찬가지로, 생성된 포인트들의 총 개수는 2048개이지만, 분기 지점(branching degrees)은 서로 다르게 설정할 수 있다. (예를 들어,

Figure 112019135091519-pat00144
,
Figure 112019135091519-pat00145
). Branching strategy: In an embodiment of the present invention, an experiment may be conducted to show that the convergence dynamics of the proposed metric are not sensitive to different branching strategies. As in other experiments, the total number of generated points is 2048, but branching degrees can be set differently. (For example,
Figure 112019135091519-pat00144
,
Figure 112019135091519-pat00145
).

(5-2) Comparisons with Other GANs(5-2) Comparisons with Other GANs

본 발명에서 제안된 tree-GAN은 정확도와 계산 효율성 모두의 측면에서 포인트 클라우드 생성을 위한 다른 최첨단 GAN과 양적 및 질적으로 비교될 수 있다.The tree-GAN proposed in the present invention can be quantitatively and qualitatively compared with other state-of-the-art GANs for point cloud generation in terms of both accuracy and computational efficiency.

Comparisons: 아래 표 1 및 표 2는 각각 본 발명에서 제안된 FPD에 의한 지표(metrics)의 측면에서 양적 비교를 포함할 수 있다(즉, JSD, MMD-CD, MMD-EMD, COV-CD 및 COV-등).Comparisons: Tables 1 and 2 below may include quantitative comparisons in terms of metrics by FPD proposed in the present invention, respectively (i.e., JSD, MMD-CD, MMD-EMD, COV-CD and COV). -Etc).

<표 1><Table 1>

Figure 112019135091519-pat00146
Figure 112019135091519-pat00146

<표 2><Table 2>

Figure 112019135091519-pat00147
Figure 112019135091519-pat00147

이 때 표 1은 Achlioptas에서 사용하는 지표(metrics)의 측면에서의 정량적 비교를 나타낸 표이다. 보다 상세하게, 붉은색 값과 파란색 값은 각각 가장 좋은 결과(best results)와 차순위의 좋은 결과(second-best results)를 나타낼 수 있다.At this time, Table 1 is a table showing quantitative comparison in terms of metrics used in Achlioptas. In more detail, the red value and the blue value may represent best results and second-best results, respectively.

표 2는 본 발명에서 제안된 FPD의 측면에서 정량적 비교를 나타낸 표이다. 보다 상세하게, 본 발명에서 제안된 FPD는 리얼(real) 포인트 클라우드에 관한 것으로, 이는 거의 0에 가깝다고 할 수 있다. 이 값은 생성된 포인트 클라우드의 하한선 역할을 할 수 있다. Table 2 is a table showing a quantitative comparison in terms of the FPD proposed in the present invention. More specifically, the FPD proposed in the present invention relates to a real point cloud, which can be said to be close to zero. This value can serve as the lower bound of the generated point cloud.

본 발명에서 제안된 tree-GAN은 모든 지표(metrics)의 측면에서 지속적으로 다른 GAN들보다 큰 마진(margin)을 보여, 본 발명에서 제안된 tree-GCN의 효과를 보여준다.The tree-GAN proposed in the present invention continuously shows a larger margin than other GANs in terms of all metrics, showing the effect of the tree-GCN proposed in the present invention.

질적 비교를 위해, 본 발명에서는 설정된 전체 지수(index)를 4개의 서브셋으로 나누고, 각 서브셋에서 동일한 색상으로 포인트들을 그렸다. 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 비록 리얼(real) 3D 포인트 클라우드가 순서화되지 않았으나, 본 발명의 tree-GAN은 어떠한 사전지식 없이 직관적인 의미(semantic)를 지닌 3D 포인트 클라우드를 성공적으로 생성할 수 있다. 다만, r-GAN은 의미적으로 순서화된 포인트 클라우드를 생성하는 데에 실패했다. 추가적으로, 본 발명의 tree-GAN은 객체의 상세하고 복잡한 부분을 생성할 수 있었으나, r-GAN은 더 분산된 포인트 분포를 생성할 수 있다.For qualitative comparison, in the present invention, the set overall index is divided into four subsets, and points are drawn with the same color in each subset. 3 to 7, although real 3D point clouds are not ordered, the tree-GAN of the present invention successfully generates 3D point clouds with intuitive semantics without any prior knowledge. can do. However, r-GAN failed to generate semantically ordered point clouds. Additionally, the tree-GAN of the present invention could generate detailed and complex parts of an object, whereas the r-GAN could generate a more distributed point distribution.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 베이스라인(예를 들어, r-GAN) 및 Tree-GAN의 비감독된 3D 포인트 클라우드 생성 결과를 나타낸 도면이라 할 수 있다. 보다 상세하게, 도 7은 본 발명에서 제안된 tree-GAN은 r-GAN과 비교하였을 때 보다 정확하고 상세한 객체의 포인트 클라우드를 생성하며, 해당 부분에 대한 사전 지식이 없더라도 객체의 각 부분에 대한 포인트 클라우드를 생성할 수 있다. 이 tree-GAN에 의해 생성된 포인트 클라우드는 각 클래스에 대해 다양한 기하학적 유형을 나타낼 수 있다. 첫 번째, 두 번째, 세 번째 열은 각각 그라운드 트루(ground truth), 베이스라인(baseline) 및 tree-GAN을 보여줄 수 있다.7 is a diagram illustrating a result of unsupervised 3D point cloud generation of a baseline (eg, r-GAN) and a Tree-GAN according to an embodiment of the present invention. In more detail, FIG. 7 shows that the tree-GAN proposed in the present invention generates a point cloud of more accurate and detailed objects compared to the r-GAN, and points for each part of the object even if there is no prior knowledge of the corresponding part. You can create a cloud. The point cloud generated by this tree-GAN can represent different geometric types for each class. The first, second, and third columns can show the ground truth, baseline and tree-GAN respectively.

도 7에서는 본 발명의 tree-GAN의 질적 결과를 보여줄 수 있다. 이 Tree-GAN은 다중-객체 범주를 위한 현실적인 포인트 클라우드를 생성하였고, 각 클래스마다 매우 다양한 포인트 클라우드의 유형을 생성할 수 있다.7 can show the qualitative result of the tree-GAN of the present invention. This Tree-GAN has created realistic point clouds for multi-object categories, and can create very different types of point clouds for each class.

Computational cost : 그래프 합성곱을 위한 정적 링크(static links)를 사용하는 방법에서는, 일반적으로 교차점(vertices)의 합성곱을 위해 조정 매트리스(adjacency matrices)가 사용될 수 있다. 이러한 방법들은 그래프 데이터에 대한 좋은 결과를 도출하는 것으로 알려져 있지만, 연결에 관한 사전지식이 필요하다. 그래프 합성곱에 대한 동적 링크(dynamic links)를 사용하는 다른 방법에서, 사전지식을 사용하는 대신 모든 합성곱 레이어에 대한 연결 정보를 도출하기 위해 정점(verices)으로부터 조정 매트리스(adjacency matrices)가 구성되어야한다.Computational cost: In the method of using static links for graph convolution, adjacency matrices can be used for the convolution of vertices in general. These methods are known to yield good results on graph data, but require prior knowledge about connection. In another method using dynamic links for graph convolution, adjacency matrices have to be constructed from vertices to derive connectivity information for all convolutional layers instead of using prior knowledge. do.

예를 들어,

Figure 112019135091519-pat00148
은 각각 l번째 레이어에서 출력 그래프의 레이어의 개수, 배치 크기 및 유도 정점(vertex) 크기를 나타낼 수 있다. 이와 같이 설명한 방법에는 연결 정보를 활용하기 위한 추가적인 계산이 필요하다. 이러한 연산에는
Figure 112019135091519-pat00149
의 순서에 따라 시간과 메모리 리소스가 필요하다. 다만, 본 발명의 TreeGCN은 정적 링크(static link) 방식과 같은 사전 연결 정보를 요구하지 않으며, 동적 링크(dynamic link) 방식과 같은 추가적인 연산을 요구하지 않는다. 따라서, 본 발명의 네트워크는 시간과 메모리 리소스를 훨씬 더 효율적으로 사용할 수 있고,
Figure 112019135091519-pat00150
의 순서에 따라 더 적은 자원을 필요로 할 수 있다.For example,
Figure 112019135091519-pat00148
may represent the number of layers of the output graph, the batch size, and the derived vertex size in the l-th layer, respectively. The method described above requires additional calculations to utilize the connection information. In these calculations
Figure 112019135091519-pat00149
time and memory resources are required according to the order of However, the TreeGCN of the present invention does not require pre-linking information such as a static link method, and does not require an additional operation such as a dynamic link method. Thus, the network of the present invention can use time and memory resources much more efficiently,
Figure 112019135091519-pat00150
may require fewer resources depending on the order of

(6) 결론(Conclusion)(6) Conclusion

본 발명에서는 비감독적인 방식으로 3D 포인트 클라우드를 생성할 수 있는 tree-GAN라 불리는 세대적 적대적 네트워크를 제안할 수 있다. tree-GCN이라 불리는 Tree-GAN에 대해 제안된 생성기(generator)는 트리 구조에 기초한 그래프 합성곱을 사전에 형성할 수 있다. 이 tree-GCN은 트리의 조상(ancestor) 정보를 활용하고, 3D 포인트 클라우드를 나타내기 위해 여러 가지 supports를 사용할 수 있다.In the present invention, we can propose a generational adversarial network called tree-GAN that can generate 3D point clouds in an unsupervised manner. The proposed generator for Tree-GAN, called tree-GCN, can preform a graph convolution based on the tree structure. This tree-GCN utilizes the tree's ancestor information and can use several supports to represent the 3D point cloud.

따라서, 본 발명에서 제안된 tree-GAN은 정확도와 계산 효율성 측면에서 다른 GAN 기반 포인트 클라우드 생성 방법을 능가할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 다양한 실험을 통해, tree-GAN은 어떠한 사전지식 없이 객체의 의미적(semantic) 부분을 생성할 수 있으며, 보간법(interpolation)을 통해 잠재된 공간에서 3D 포인트 클라우드를 나타낼 수 있음을 증명할 수 있다.Therefore, the tree-GAN proposed in the present invention can outperform other GAN-based point cloud generation methods in terms of accuracy and computational efficiency. Through various experiments according to an embodiment of the present invention, tree-GAN can generate a semantic part of an object without any prior knowledge, and can represent a 3D point cloud in a latent space through interpolation. can prove that there is

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야할 것이다.Although described and illustrated in connection with a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention above, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as such, and deviates from the scope of the technical idea. It will be apparent to those skilled in the art that many changes and modifications can be made to the invention without reference to the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications are to be considered as falling within the scope of the present invention.

100 : 3차원 포인트 클라우드 입력부
200 : 특징정보 추출부
300 : 비교 수행부
400 : 신뢰도 판단부
100: 3D point cloud input unit
200: feature information extraction unit
300: comparison execution unit
400: reliability determination unit

Claims (12)

완전연결층(Fully connected layer)에 기반하여 생성된 페이크(fake) 3차원 포인트 클라우드(3D Point cloud)와, 리얼(real) 3차원 포인트 클라우드를 입력받는 3차원 포인트 클라우드 입력부;
상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드 각각으로부터 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보를 추출하는 특징정보 추출부;
상기 추출된 특징정보로 기초로 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행하는 비교 수행부; 및
상기 수행된 비교 결과에 따라 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단부;를 포함하며,
상기 완전연결층(Fully connected layer)는 트리 구조 신경망에 기반한 3차원 포인트 클라우드에 기반하는 것을 특징으로하는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템.
a 3D point cloud input unit that receives a fake 3D point cloud generated based on a fully connected layer and a real 3D point cloud;
a feature information extraction unit for extracting feature information based on statistical estimation from each of the received fake three-dimensional point cloud and real three-dimensional point cloud;
a comparison performing unit that compares the feature information of the fake three-dimensional point cloud and the feature information of the real three-dimensional point cloud based on the extracted feature information; and
and a reliability determination unit that determines the reliability of the received fake 3D point cloud according to the comparison result performed;
The 3D point cloud reliability determination system, characterized in that the fully connected layer is based on a 3D point cloud based on a tree structure neural network.
제 1 항에 있어서, 상기 특징정보 추출부는,
상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 완전연결층(Fully connected layer)을 포함한 밀도층으로부터 각각 특징정보를 추출하는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템.
According to claim 1, wherein the feature information extraction unit,
A three-dimensional point cloud reliability determination system that extracts feature information from each of the received fake three-dimensional point cloud and the density layer including the fully connected layer of the real three-dimensional point cloud.
제 1 항에 있어서, 상기 특징정보는,
상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 평균 벡터(mean vactor) 및 공분산 행렬(covariance matrix)을 포함하는 특징정보인 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템.
According to claim 1, wherein the characteristic information,
A three-dimensional point cloud reliability determination system that is characteristic information including a mean vector and a covariance matrix of the received fake three-dimensional point cloud and the real three-dimensional point cloud.
제 1 항에 있어서, 상기 비교 수행부는,
가우시안 2-워서스테인 거리(Gaussian 2-Wasserstein) 기법에 기반하여 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행하는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템.
The method of claim 1, wherein the comparison performing unit,
A three-dimensional point cloud reliability determination system that compares the fake three-dimensional point cloud feature information and the real three-dimensional point cloud feature information based on a Gaussian 2-Wasserstein technique.
제 4 항에 있어서, 상기 비교 수행부는,
하기 수학식 9로 표현되는 특징정보 간 거리 값 산출식에 따라 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행하는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템.
<수학식 9>
Figure 112021045491167-pat00151

(
Figure 112021045491167-pat00152
: 본 발명에서 제안된 FPD(Frechet Point Cloud Distance),
Figure 112021045491167-pat00153
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector,
Figure 112021045491167-pat00154
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector),
Figure 112021045491167-pat00155
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬,
Figure 112021045491167-pat00156
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬)
The method of claim 4, wherein the comparison performing unit,
A three-dimensional point cloud reliability determination system that compares the feature information of the fake three-dimensional point cloud and the feature information of the real three-dimensional point cloud according to a distance value calculation formula between the feature information expressed by Equation 9 below.
<Equation 9>
Figure 112021045491167-pat00151

(
Figure 112021045491167-pat00152
: FPD (Frechet Point Cloud Distance) proposed in the present invention,
Figure 112021045491167-pat00153
: the mean vector of points calculated from the real point cloud {x};
Figure 112021045491167-pat00154
: the mean vector of points calculated from the fake point cloud {x'},
Figure 112021045491167-pat00155
: the covariance matrix of points calculated from the real point cloud {x},
Figure 112021045491167-pat00156
: Covariance matrix of points calculated from fake point cloud {x'})
제 5 항에 있어서, 상기 신뢰도 판단부는,
상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보에 대한 거리 값이 작을수록 신뢰도를 높게 판단하는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 시스템.
The method of claim 5, wherein the reliability determining unit,
A three-dimensional point cloud reliability determination system for judging reliability as the distance value between the fake three-dimensional point cloud feature information and the feature information of the real three-dimensional point cloud is smaller.
3차원 포인트 클라우드 입력부에서 완전연결층(Fully connected layer)에 기반하여 생성된 페이크(fake) 3차원 포인트 클라우드(3D Point cloud)와, 리얼(real) 3차원 포인트 클라우드를 입력받는 3차원 포인트 클라우드 입력단계;
특징정보 추출부에서 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드 각각으로부터 통계적 추론(statistical estimation)에 기반한 특징정보를 추출하는 특징정보 추출단계;
비교 수행부에서 상기 추출된 특징정보로 기초로 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행하는 비교 수행단계; 및
신뢰도 판단부에서 상기 수행된 비교 결과에 따라 상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드의 신뢰도를 판단하는 신뢰도 판단단계;를 포함하며,
상기 완전연결층(Fully connected layer)는 트리 구조 신경망에 기반한 3차원 포인트 클라우드에 기반하는 것을 특징으로하는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 방법.
A 3D point cloud input that receives a fake 3D point cloud generated based on a fully connected layer and a real 3D point cloud from the 3D point cloud input unit step;
a feature information extraction step of extracting feature information based on statistical estimation from each of the received fake three-dimensional point cloud and the real three-dimensional point cloud by the feature information extraction unit;
a comparison performing step of performing a comparison between the feature information of the fake three-dimensional point cloud and the feature information of the real three-dimensional point cloud based on the extracted feature information in the comparison performing unit; and
a reliability determination step of determining the reliability of the received fake 3D point cloud according to the comparison result performed by the reliability determination unit;
The 3D point cloud reliability determination method, characterized in that the fully connected layer is based on a 3D point cloud based on a tree-structured neural network.
제 7 항에 있어서, 상기 특징정보 추출단계는,
상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 완전연결층(Fully connected layer)을 포함한 밀도층으로부터 각각 특징정보를 추출하는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 방법.
The method of claim 7, wherein the extracting of the feature information comprises:
A 3D point cloud reliability determination method for extracting feature information from each of the received fake 3D point clouds and density layers including fully connected layers of the real 3D point cloud.
제 7 항에 있어서, 상기 특징정보는,
상기 입력받은 페이크 3차원 포인트 클라우드 및 리얼 3차원 포인트 클라우드의 평균 벡터(mean vactor) 및 공분산 행렬(covariance matrix)을 포함하는 특징정보인 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 방법.
The method of claim 7, wherein the characteristic information,
A three-dimensional point cloud reliability determination method which is feature information including a mean vector and a covariance matrix of the received fake three-dimensional point cloud and the real three-dimensional point cloud.
제 7 항에 있어서, 상기 비교 수행단계는,
가우시안 2-워서스테인 거리(Gaussian 2-Wasserstein) 기법에 기반하여 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행하는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 방법.
The method according to claim 7, wherein the comparing step comprises:
A 3D point cloud reliability determination method for comparing the fake 3D point cloud feature information and the real 3D point cloud feature information based on a Gaussian 2-Wasserstein technique.
제 10 항에 있어서, 상기 비교 수행단계는,
하기 수학식 9로 표현되는 특징정보 간 거리 값 산출식에 따라 상기 페이크 3차원 포인트 클라우드의 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보 간의 비교를 수행하는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 방법.
<수학식 9>
Figure 112021045491167-pat00157

(
Figure 112021045491167-pat00158
: 본 발명에서 제안된 FPD(Frechet Point Cloud Distance),
Figure 112021045491167-pat00159
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector,
Figure 112021045491167-pat00160
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 평균 벡터(mean vector),
Figure 112021045491167-pat00161
: 리얼(real) 포인트 클라우드 {x}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬,
Figure 112021045491167-pat00162
: 페이크(fake) 포인트 클라우드 {x’}로부터 계산된 포인트들의 공분산(covariance) 행렬)
11. The method of claim 10, wherein the performing the comparison step,
A three-dimensional point cloud reliability determination method for performing a comparison between the feature information of the fake three-dimensional point cloud and the feature information of the real three-dimensional point cloud according to a distance value calculation formula between the feature information expressed by Equation 9 below.
<Equation 9>
Figure 112021045491167-pat00157

(
Figure 112021045491167-pat00158
: FPD (Frechet Point Cloud Distance) proposed in the present invention,
Figure 112021045491167-pat00159
: the mean vector of points calculated from the real point cloud {x};
Figure 112021045491167-pat00160
: the mean vector of points calculated from the fake point cloud {x'},
Figure 112021045491167-pat00161
: the covariance matrix of points calculated from the real point cloud {x},
Figure 112021045491167-pat00162
: Covariance matrix of points calculated from fake point cloud {x'})
제 11 항에 있어서, 상기 신뢰도 판단단계는,
상기 페이크 3차원 포인트 클라우드 특징정보와 리얼 3차원 포인트 클라우드의 특징정보에 대한 거리 값이 작을수록 신뢰도를 높게 판단하는 3차원 포인트 클라우드 신뢰도 판단 방법.
The method of claim 11, wherein the reliability determination step comprises:
A three-dimensional point cloud reliability determination method for judging reliability as the distance value between the fake three-dimensional point cloud feature information and the real three-dimensional point cloud feature information is smaller.
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