Point cloud models with neural network architectures have achieved great success and have been widely used in safety-critical applications, such as Lidar-based recognition systems in autonomous vehicles. However, such models are shown vulnerable against adversarial attacks which aim to apply stealthy semantic transformations such as rotation and tapering to mislead model predictions. In this paper, we propose a transformation-specific smoothing framework TPC, which provides tight and scalable robustness guarantees for point cloud models against semantic transformation attacks. We first categorize common 3D transformations into three categories: additive (e.g., shearing), composable (e.g., rotation), and indirectly composable (e.g., tapering), and we present generic robustness certification strategies for all categories respectively. We then specify unique certification protocols for a range of specific semantic transformations and their compositions. Extensive experiments on several common 3D transformations show that TPC significantly outperforms the state of the art. For example, our framework boosts the certified accuracy against twisting transformation along z-axis (within 20$^\circ$) from 20.3$\%$ to 83.8$\%$.


翻译:具有神经网络结构的点云模型取得了巨大成功,并被广泛用于安全关键应用,如自主车辆的利达尔识别系统;然而,这些模型被显示在对抗性攻击中易受到伤害,对抗性攻击的目的是采用隐性语义变换,如旋转和磁带,以误导模型预测;在本文件中,我们提议了一个针对具体变换的平滑框架TPC,为点云模型抵御语义变异袭击提供紧凑和可扩缩的稳健性保障;我们首先将通用的3D变换分为三类:添加剂(如剪裁)、可比较(如旋转)和间接可折现(如磁带),我们提出了所有类别的通用稳健性变换战略;然后我们为一系列具体的语义变换及其组成制定了独特的认证协议;对几个通用的3D变换换进行的广泛实验表明,TPC明显超越了艺术的状态。例如,我们的框架提高了经过认证的准确度,防止Z-xx(20美元以下)至83美元之间的扭曲变形。

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