[發(fā)明專利]一種基于梯度攻擊的三維激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)擴(kuò)增方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111471857.8
• 申請(qǐng)日: 2022-02-19
• 公開（公告）號(hào): CN114581727A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 房春榮;劉關(guān)迪;劉佳瑋;林聚;陳振宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): G06V10/774
• 分類號(hào): G06V10/774;G06V10/82;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于梯度攻擊的三維激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)擴(kuò)增方法，其特征是將三維激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)擴(kuò)增過程處理為將原始三維激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為PointNet模型的輸入，通過梯度攻擊的方式生成高度近似原始三維激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，卻能使模型做出錯(cuò)誤分類的用例的過程。基于樣本輸入PointNet模型后進(jìn)行損失反向傳播而得的梯度值，迭代式的對(duì)樣本進(jìn)行梯度攻擊，直至達(dá)到迭代次數(shù)上限或成功生成能使PointNet模型做出錯(cuò)誤分類結(jié)果的樣本。本方法可以通過輸入大量三維激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生與之高度近似的，卻能使模型做出錯(cuò)誤分類的用例。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的一種基于梯度攻擊的三維激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)擴(kuò)增方法，其特征是預(yù)處理三維激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以供后續(xù)作為模型輸入使用，主要通過以下幾個(gè)步驟：

1)對(duì)激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行重采樣。基于對(duì)激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)樣本的格式化讀取，隨機(jī)篩選出點(diǎn)云中指定個(gè)數(shù)k的點(diǎn)。對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行零均值化處理與歸一化處理，約束點(diǎn)云數(shù)據(jù)的空間分布；

2)對(duì)激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行初步簡(jiǎn)易擴(kuò)增。對(duì)點(diǎn)云繞z軸方向整體進(jìn)行隨機(jī)旋轉(zhuǎn)(可選)。生成服從正態(tài)分布μ＝0，σ＝0.02且數(shù)量與點(diǎn)云中元素個(gè)數(shù)相同的隨機(jī)數(shù)，并將其構(gòu)造成k行3列的擾動(dòng)矩陣M。將擾動(dòng)矩陣M添加應(yīng)用于點(diǎn)云整體。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的一種基于梯度攻擊的三維激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)擴(kuò)增方法，其特征在于，梯度攻擊的算法構(gòu)造如下：

其中，X代表原始樣本，代表第N次迭代所得的對(duì)抗樣本，y_true表示原始樣本所對(duì)應(yīng)的真實(shí)分類結(jié)果，α為單步擾動(dòng)幅度，為模型的損失函數(shù)，為負(fù)對(duì)數(shù)似然損失函數(shù)，sign為符號(hào)函數(shù)，F(xiàn)it為配對(duì)函數(shù)，用以保證點(diǎn)云任意維度的擾動(dòng)值之和為0。進(jìn)一步的，配對(duì)函數(shù)Fit包括以下步驟：

1)讀取Fit函數(shù)的輸入B。輸入B本質(zhì)上為在當(dāng)前點(diǎn)云數(shù)據(jù)樣本輸入下，模型的輸出在基于損失函數(shù)所反向傳播得到的、輸入部分所對(duì)應(yīng)的梯度值在經(jīng)過符號(hào)函數(shù)處理后的結(jié)果。B是k行3列的矩陣，形狀與輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)樣本相同。

4.分別遍歷輸入B的三列數(shù)據(jù)，篩選各列數(shù)據(jù)以保證每列數(shù)據(jù)均值為0。對(duì)于每一列數(shù)據(jù)，首先計(jì)算該列數(shù)據(jù)總和，如果為0，則已完成篩選。否則，如果總和為負(fù)數(shù)，則隨機(jī)將該列中值為-1的元素修改為0，直至總和為0；如果總和為正數(shù)，則隨機(jī)將該列中值為1的元素修改為0，直至總和為0。