MELON: Reconstructing 3D objects from images with unknown poses
中文摘要
由模型生成 · 人工抽检Google Research 提出 MELON,一种无需相机位姿估计、预训练或复杂训练流程的 NeRF 方法,可从 4-6 张无位姿图像中同时推断物体中心相机位姿并重建 3D 物体,解决了位姿与重建互为前提的"鸡生蛋"难题及伪对称导致的局部最优问题。
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已译中文我们利用两项关键技术来帮助这个不适定问题收敛。第一项是一个非常轻量、动态训练的卷积神经网络(CNN)编码器,它从训练图像中回归相机位姿。我们将降采样后的训练图像输入一个四层 CNN,由其推断相机位姿。该 CNN 从噪声初始化,无需预训练。它的容量非常小,以至于迫使外观相似的图像映射到相似的位姿,从而提供了一种隐式正则化,极大地帮助了收敛。
第二项技术是取模损失(modulo loss),它同时考虑物体的伪对称性。对于每张训练图像,我们从一组固定视角渲染物体,仅通过最拟合训练图像的视角反向传播损失。这有效地考虑了每张图像对应多个视角的合理性。在实践中,我们发现大多数情况下只需 N=2 个视角(从另一侧观察物体)即可,但对于方形物体,有时 N=4 能获得更好的结果。
这两项技术被集成到标准的 NeRF 训练中,不同之处在于相机位姿不是固定的,而是由 CNN 推断并通过取模损失进行复制。光度梯度通过最拟合的相机反向传播到 CNN 中。我们观察到相机通常能快速收敛到全局最优位姿(见下方动画)。在神经场训练完成后,MELON 可以使用标准的 NeRF 渲染方法合成新视角。
我们通过使用 NeRF-Synthetic 数据集来简化问题,该数据集是 NeRF 研究中流行的基准测试,在姿态推断文献中也很常见。这个合成数据集的相机距离精确固定,且具有一致的“向上”方向,因此我们只需推断相机的极坐标。这相当于物体位于球体中心,相机始终指向它并沿表面移动。这样我们只需要纬度和经度(2 个自由度)就能确定相机姿态。
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