We consider a category-level perception problem, where one is given 3D sensor data picturing an object of a given category (e.g. a car), and has to reconstruct the pose and shape of the object despite intra-class variability (i.e. different car models have different shapes). We consider an active shape model, where -- for an object category -- we are given a library of potential CAD models describing objects in that category, and we adopt a standard formulation where pose and shape estimation are formulated as a non-convex optimization. Our first contribution is to provide the first certifiably optimal solver for pose and shape estimation. In particular, we show that rotation estimation can be decoupled from the estimation of the object translation and shape, and we demonstrate that (i) the optimal object rotation can be computed via a tight (small-size) semidefinite relaxation, and (ii) the translation and shape parameters can be computed in closed-form given the rotation. Our second contribution is to add an outlier rejection layer to our solver, hence making it robust to a large number of misdetections. Towards this goal, we wrap our optimal solver in a robust estimation scheme based on graduated non-convexity. To further enhance robustness to outliers, we also develop the first graph-theoretic formulation to prune outliers in category-level perception, which removes outliers via convex hull and maximum clique computations; the resulting approach is robust to 70%-90% outliers. Our third contribution is an extensive experimental evaluation. Besides providing an ablation study on a simulated dataset and on the PASCAL3D+ dataset, we combine our solver with a deep-learned keypoint detector, and show that the resulting approach improves over the state of the art in vehicle pose estimation in the ApolloScape datasets.


翻译:我们考虑一个类级认知问题, 给一个人提供 3D 感官数据, 以3D 感官数据 来显示某个类的对象( 如汽车), 并且必须重建对象的形状和形状, 尽管类内变异( 不同的汽车模型有不同的形状) 。 我们考虑一个积极的形状模型, 在一个对象类别中, 我们得到一个潜在的 CAD 模型库, 描述该类中的对象, 我们采用一个标准配置和形状估算的配置, 作为一种非同级优化 。 我们的第一个贡献是提供第一个可以验证的最佳解决方案, 以显示一个可以校内和形状估计的最佳解决方案。 特别是, 我们显示, 旋转估计可以脱离对对象的颜色和形状的颜色, 并且显示, 快速的值可以显示, 最优的天值和最优的值 。 我们的直径直值预值, 将数据转换成一个最优的直流值 。

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