Mapping is crucial for spatial reasoning, planning and robot navigation. Existing approaches range from metric, which require precise geometry-based optimization, to purely topological, where image-as-node based graphs lack explicit object-level reasoning and interconnectivity. In this paper, we propose a novel topological representation of an environment based on "image segments", which are semantically meaningful and open-vocabulary queryable, conferring several advantages over previous works based on pixel-level features. Unlike 3D scene graphs, we create a purely topological graph with segments as nodes, where edges are formed by a) associating segment-level descriptors between pairs of consecutive images and b) connecting neighboring segments within an image using their pixel centroids. This unveils a "continuous sense of a place", defined by inter-image persistence of segments along with their intra-image neighbours. It further enables us to represent and update segment-level descriptors through neighborhood aggregation using graph convolution layers, which improves robot localization based on segment-level retrieval. Using real-world data, we show how our proposed map representation can be used to i) generate navigation plans in the form of "hops over segments" and ii) search for target objects using natural language queries describing spatial relations of objects. Furthermore, we quantitatively analyze data association at the segment level, which underpins inter-image connectivity during mapping and segment-level localization when revisiting the same place. Finally, we show preliminary trials on segment-level `hopping' based zero-shot real-world navigation. Project page with supplementary details: oravus.github.io/RoboHop/


翻译:地图构建对于空间推理、路径规划和机器人导航至关重要。现有方法涵盖从依赖精确几何优化的度量地图,到以图像为节点的纯拓扑图——后者缺乏显式的物体级推理和节点间连通性。本文提出一种基于“图像片段”的新型环境拓扑表示方法,这些片段具有语义意义且可通过开放词汇查询,相比以往基于像素级特征的方法具备多项优势。与3D场景图不同,我们构建了一个以片段为节点的纯拓扑图,其边通过以下方式形成:a) 关联连续图像对之间的片段级描述符,b) 利用像素质心连接图像内的相邻片段。这揭示了一种由片段在图像间的持久性及其在图像内的邻域关系定义的“连续空间感知”。该方法进一步通过图卷积层的邻域聚合实现片段级描述符的表示与更新,从而提升基于片段检索的机器人定位性能。利用真实世界数据,我们展示了所提地图表示可用于:i) 以“片段跳跃”形式生成导航路径,ii) 通过描述物体空间关系的自然语言查询搜索目标对象。此外,我们定量分析了片段级数据关联——这是建图过程中图像间连通性及重访同一地点时片段级定位的基础。最后,我们展示了基于片段“跳跃”的零样本真实世界导航初步实验。项目页面及补充细节:oravus.github.io/RoboHop/

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
17+阅读 · 2018年4月2日
VIP会员
最新内容
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
5+阅读 · 4月23日
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
2+阅读 · 4月23日
美军条令《海军陆战队规划流程(2026版)》
专知会员服务
10+阅读 · 4月23日
《压缩式分布式交互仿真标准》120页
专知会员服务
4+阅读 · 4月23日
《电子战数据交换模型研究报告》
专知会员服务
6+阅读 · 4月23日
《低数据领域军事目标检测模型研究》
专知会员服务
6+阅读 · 4月23日
【CMU博士论文】物理世界的视觉感知与深度理解
专知会员服务
10+阅读 · 4月22日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员