While there are novel point cloud semantic segmentation schemes that continuously surpass state-of-the-art results, the success of learning an effective model usually rely on the availability of abundant labeled data. However, data annotation is a time-consuming and labor-intensive task, particularly for large-scale airborne laser scanning (ALS) point clouds involving multiple classes in urban areas. Thus, how to attain promising results while largely reducing labeling works become an essential issue. In this study, we propose a deep-learning based weakly supervised framework for semantic segmentation of ALS point clouds, exploiting potential information from unlabeled data subject to incomplete and sparse labels. Entropy regularization is introduced to penalize the class overlap in predictive probability. Additionally, a consistency constraint by minimizing difference between current and ensemble predictions is designed to improve the robustness of predictions. Finally, we propose an online soft pseudo-labeling strategy to create extra supervisory sources in an efficient and nonpaprametric way. Extensive experimental analysis using three benchmark datasets demonstrates that in case of sparse point annotations, our proposed method significantly boosts the classification performance without compromising the computational efficiency. It outperforms current weakly supervised methods and achieves a comparable result against full supervision competitors. For the ISPRS 3D Labeling Vaihingen data, by using only 0.1% of labels, our method achieves an overall accuracy of 83.0% and an average F1 score of 70.0%, which have increased by 6.9% and 12.8% respectively, compared to model trained by sparse label information only.


翻译:虽然有新颖的云层语义分解方案,它们不断超过最新结果,但学习有效模型的成功通常取决于是否有大量标签数据。然而,数据注解是一项耗时和劳动密集型的任务,特别是涉及城市地区多个阶层的大规模空中激光扫描(ALS)点云。因此,如何取得有希望的结果,同时大量减少标签工作,成为一个重要问题。在本研究中,我们提议为ALS点云的语义分解建立一个基于薄弱监管的深层次学习框架,利用未标记数据中不完全和稀释的标签提供的潜在信息。引入了整形整形正规化,以惩罚预测概率中的阶级重叠。此外,通过将当前和共同值的预测之间的差异降到最小化,目的是提高预测的稳健性。最后,我们提出一个在线软假标签战略,以高效和非精确的方式创建额外的监督源。 使用三个基准数据集进行的广泛实验分析表明,在缺点说明中,我们提出的方法大大地提升了标值精确度数据分解的准确性数据分解标准值,1, 并且通过不完全的IRS标准计算效率,它使用一个可靠的I0.0的分类方法,从而实现一个不精确的准确的比标值结果。

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