Emergence of the utility of 3D point cloud data in safety-critical vision tasks (e.g., ADAS) urges researchers to pay more attention to the robustness of 3D representations and deep networks. To this end, we develop an attack and defense scheme, dedicated to 3D point cloud data, for preventing 3D point clouds from manipulated as well as pursuing noise-tolerable 3D representation. A set of novel 3D point cloud attack operations are proposed via pointwise gradient perturbation and adversarial point attachment / detachment. We then develop a flexible perturbation-measurement scheme for 3D point cloud data to detect potential attack data or noisy sensing data. Notably, the proposed defense methods are even effective to detect the adversarial point clouds generated by a proof-of-concept attack directly targeting the defense. Transferability of adversarial attacks between several point cloud networks is addressed, and we propose an momentum-enhanced pointwise gradient to improve the attack transferability. We further analyze the transferability from adversarial point clouds to grid CNNs and the inverse. Extensive experimental results on common point cloud benchmarks demonstrate the validity of the proposed 3D attack and defense framework.


翻译:3D点云数据在安全关键愿景任务(例如,ADAS)中的效用,敦促研究人员更加注意3D表示和深度网络的稳健性。为此目的,我们制定了一个攻击和防御计划,专门用于3D点云数据,以防止3D点云被操纵,并寻求噪音可控3D代表。提出一套新型的3D点云攻击行动,方法是通过点感梯度扰动和对角点附加/隔离。然后我们为3D点云数据制定一个灵活的扰动测量计划,以探测潜在的攻击数据或噪音感测数据。值得注意的是,拟议的防御方法甚至有效地探测了直接针对防御的立点攻击产生的对立点云。解决了几个点云网络之间的对抗性攻击的可转移性,我们提出了一种动力增强点的梯度,以改进攻击的可转移性。我们进一步分析了从对称点云到CNN的网络和反向的可转移性。关于共同点云基准的广泛实验结果显示了3D攻击和防御框架的有效性。

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