使用NVIDIA CUDA-Pointpillars检测点云中的对象

点云是坐标系中的点数据集。点包含丰富的信息，包括三维坐标（X、Y、Z）、颜色、分类值、强度值和时间等。点云主要来自于各种NVIDIA Jetson用例中常用的激光雷达，如自主机器、感知模块和3D建模。

其中一个关键应用是利用远程和高精度的数据集来实现3D对象的感知、映射和定位算法。

PointPillars是最常用于点云推理的模型之一。本文将探讨为Jetson开发者提供的NVIDIA CUDA加速PointPillars模型。马上下载CUDA-PointPillars模型。

什么是CUDA-Pointpillars

本文所介绍的CUDA-Pointpillars可以检测点云中的对象。其流程如下：

基本预处理：生成柱体。

预处理：生成BEV特征图（10个通道）。

用于TensorRT的ONNX模型：通过TensorRT实现的ONNX模式。

后处理：通过解析TensorRT引擎输出生成边界框。

图 1 。 CUDA 点柱管道。

基本预处理

基本预处理步骤将点云转换为基本特征图。基本特征图包含以下组成部分：

基本特征图。

柱体坐标：每根柱体的坐标。

参数：柱体数量。

图 2 。将点云转换为基础要素地图

预处理

预处理步骤将基本特征图（4个通道）转换为 BEV 特征图（10个通道）。

图 3 。将基本要素地图转换为 BEV 要素地图

用于TensorRT的ONNX模型

出于以下原因修改OpenPCDet的原生点柱：

小型操作过多，并且内存带宽低。

NonZero等一些TensorRT不支持的操作。

ScatterND等一些性能较低的操作。

使用“dict”作为输入和输出，因此无法导出ONNX文件。

为了从原生OpenPCDet导出ONNX，我们修改了该模型（图4）。

图 4 。 CUDA Pointpillars 中 ONNX 模型概述。

您可把整个ONNX文件分为以下几个部分：

输入：BEV特征图、柱体坐标、参数，均在预处理中生成。

输出：类、框、Dir_class，在后处理步骤中解析后生成一个边界框。

ScatterBEV：将点柱（一维）转换为二维图像，可作为TensorRT的插件。

其他：TensorRT支持的其他部分。

图 5 。将点支柱数据散射到二维主干的二维图像中。

后处理

在后处理步骤中解析TensorRT引擎的输出（class、box和dir_class）和输出边界框。图6所示的是示例参数。

图 6 。边界框的参数。

使用 CUDA PointPillars

若要使用CUDA-PointPillars，需要提供点云的ONNX模式文件和数据缓存：

 std::vector nms_pred; PointPillar pointpillar(ONNXModel_File, cuda_stream); pointpillar.doinfer(points_data, points_count, nms_pred);

将OpenPCDet训练的原生模型转换为CUDA-Pointpillars的ONNX文件

我们在项目中提供了一个Python脚本，可以将OpenPCDet训练的原生模型转换成CUDA-Pointpillars的ONNX文件。可在CUDA-Pointpillars的/tool 目录下找到exporter.py 脚本。

可在当前目录下运行以下命令获得pointpillar.onnx文件：

$ python exporter.py --ckpt ./*.pth

性能

下表显示了测试环境和性能。在测试之前提升CPU和GPU的性能。

表 1 测试平台与性能

开始使用 CUDA PointPillars

本文介绍了什么是CUDA-PointPillars以及如何使用它来检测点云中的对象。

由于原生OpenPCDet无法导出ONNX，而且对于TensorRT来说，性能较低的小型操作数量过多，因此我们开发了CUDA-PointPillars。该应用可以将OpenPCDet训练的原生模型导出为特殊的ONNX模型，并通过TensorRT推断ONNX模型。

关于作者

Lei Fan 是 NVIDIA 的高级 CUDA 软件工程师。他目前正与 TSE 中国团队合作，开发由 CUDA 优化软件性能的解决方案。

Lily Li 正在为 NVIDIA 的机器人团队处理开发人员关系。她目前正在 Jetson 生态系统中开发机器人技术解决方案，以帮助创建最佳实践。

审核编辑：郭婷