一篇關(guān)于CVPR‘21使用RL做點(diǎn)云圖像配準(zhǔn)

深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)（Deep RL）可以通過(guò)序列決策式的方式，在很多方面得到應(yīng)用。這里我們主要介紹一篇CVPR‘21使用RL做點(diǎn)云圖像配準(zhǔn)的文章：ReAgent： Point Cloud Registration using Imitation and Reinforcement Learninghttps://arxiv.org/abs/2103.15231

總體上而言，ReAgent是通過(guò)訓(xùn)練了一個(gè)Policy網(wǎng)絡(luò)，狀態(tài)是Source點(diǎn)云和Target點(diǎn)云，輸出一系列動(dòng)作（旋轉(zhuǎn)、平移Source點(diǎn)云），使得Source點(diǎn)云最終和Target點(diǎn)云在相同的地方重合。那么我們現(xiàn)在深入其中的細(xì)節(jié)，其實(shí)針對(duì)RL的應(yīng)用文章，最需要關(guān)注的點(diǎn)是以下4個(gè)方面：

狀態(tài)（State）設(shè)計(jì)

動(dòng)作（Action）設(shè)計(jì)

獎(jiǎng)勵(lì)（Reward）設(shè)計(jì)

算法實(shí)現(xiàn)

一般來(lái)說(shuō)RL的應(yīng)用文章在算法上無(wú)非使用的是較為廣泛使用的算法模型，如DQN、PPO、SAC等。

State

這里的State是將Source和Targe點(diǎn)云通過(guò)一個(gè)PointNet類似的結(jié)構(gòu)，從高維點(diǎn)云信息Embedding到一個(gè)特征空間后，兩者Concatenate得到State的表征信息。這里從上圖中可以比較好的理解。

Action

這里Action的選擇就比較直觀，我們需要通過(guò)一些操作來(lái)旋轉(zhuǎn)、平移Source點(diǎn)云。那么Action就直接設(shè)置為旋轉(zhuǎn)、平移相關(guān)的動(dòng)作。這篇文章在實(shí)現(xiàn)上，使用離散的動(dòng)作集，比如x方向的平移為［0.0033，0.01，0.03，0.09，0.27］，當(dāng)然是有正有負(fù)。

Reward

Reward的設(shè)計(jì)就更為直觀，就是在執(zhí)行動(dòng)作后，看是否Source和Target之間更加接近了。這里使用的是Chamfer Distance（CD）來(lái)衡量，下面給出Reward的設(shè)計(jì)：

這里的Reward也很直觀，就是加入執(zhí)行動(dòng)作之后，是否變得更好？如果變好了就給一個(gè)正的獎(jiǎng)勵(lì)，如果變差了就給一個(gè)負(fù)的獎(jiǎng)勵(lì)。

算法實(shí)現(xiàn)

文章采用了PPO。那么ReAgent的總體框架就如下圖：

如果理解了這個(gè)問(wèn)題中的State、Action的設(shè)計(jì)，還是相當(dāng)直觀的框架。同時(shí)筆者也跑通了ReAgent的代碼，實(shí)際看下其效果如何，主要是觀察其序列動(dòng)作過(guò)程

可以看到ReAgent的動(dòng)作還是相當(dāng)“絲滑“”且準(zhǔn)確的。也希望更多的讀者能夠探索RL的各種應(yīng)用，做到像人一樣“絲滑”~

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編輯：jq