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LiDAR/TransformerarXiv:2611.07613

強度誘導トークン削減と物理考慮型拡張によるリアルタイム全波形LiDAR Transformer

Towards Real-Time Full-Waveform LiDAR Transformers via Intensity-Guided Token Reduction and Physics-Aware Augmentation

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全波形LiDARのTransformer処理において、強度分布に基づくトークンの枝刈り・統合と波形構造を保つデータ拡張を導入し、リアルタイム動作と精度向上を両立させた。

詳しい要約

1. どんなもの?

- Full-waveform LiDAR (FWL) の波形ヒストグラムを入力とする Transformer ベースの認識手法の効率化・汎化向上研究 - 低強度背景領域の冗長 token 削減による高速化機構 FWL-ToPM を提案 - 波形構造と frustum geometry を保つデータ拡張 FWLAug を提案 - Ghost-FWL benchmark で評価し、リアルタイム動作と精度向上を両立

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の Transformer ベース FWL 手法は低強度背景の冗長 token による計算コストと、注釈付きデータ不足による汎化不足が課題 - FWL-ToPM は real-time throughput を達成しつつ prior state of the art 比で約 9 ポイントの F1 向上 - 8 倍以上の speedup を実現 - 精度を同時に改善する初の real-time FWL Transformer と主張 - FWLAug は標準 benchmark と out-of-distribution テストセットの両方で性能改善

3. 技術・手法の肝は?

- FWL-ToPM: intensity 分布を利用し、重要な波形内容を保持しつつ token を選択的に削減する token pruning and merging 機構 - FWLAug: 各 ray の Time-of-Flight 波形と frustum geometry を保持する正則化としてのデータ拡張フレームワーク - 両手法とも FWL データ固有の物理構造を活用 - 詳細なアルゴリズムは要旨からは不明

4. どうやって有効だと検証した?

- Ghost-FWL benchmark 上で評価 - FWL-ToPM の speedup と F1 向上を計測 - FWLAug を標準 benchmark および unseen scenes の out-of-distribution テストセットで評価 - OOD データセットとコードはプロジェクトページで公開

5. 議論はある?

- 霧・雨・透明物体・低反射面などの悪条件下での LiDAR の脆弱性を FWL が緩和する点を動機として提示 - 実運用展開に向けた貢献を主張 - 具体的な限界や失敗ケース、計算資源条件などの議論は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- Ghost-FWL benchmark に関する論文 - 比較対象である prior state of the art の Transformer ベース FWL 手法(具体名は要旨からは不明) - Full-waveform LiDAR を用いた認識の基礎研究 - token pruning / token merging の一般手法 - LiDAR 向けデータ拡張の関連研究

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Kotaro Oishi, Kazuma Ikeda, Ryosei Hara, Ryo Yoshida, Mariko Isogawa, Kentaro Yoshioka

分類: cs.CV

原文アブストラクト

LiDAR is a critical sensor for autonomous driving and robotics, yet it remains vulnerable to adverse conditions such as fog, rain, transparent objects, and low-reflectance surfaces. Full-waveform LiDAR (FWL) addresses these limitations by capturing the complete return waveform as a histogram, preserving rich reflection characteristics including multi-path echoes and weak signals. While recent Transformer-based approaches have demonstrated promise on FWL data, two fundamental bottlenecks remain: high computational cost from redundant tokens in low-intensity background regions, and limited generalization due to scarce annotated training data. We address both bottlenecks by exploiting the physical structure inherent to FWL data. First, we propose FWL-ToPM, a token pruning and merging mechanism that leverages intensity distributions to selectively reduce tokens while retaining critical waveform content. Second, we introduce FWLAug, a data augmentation framework designed as a regularization method that preserves waveform structure, retaining the Time-of-Flight waveform of each ray and the frustum geometry, to improve generalization to unseen scenes. Evaluated on the Ghost-FWL benchmark, FWL-ToPM achieves over 8 times speedup at real-time throughput alongside a nearly 9-point F1 gain over the prior state of the art, establishing the first real-time FWL Transformer that simultaneously improves accuracy. FWLAug further improves performance on both the standard benchmark and an out-of-distribution test set of unseen scenes. Together, these methods push FWL-based perception toward practical deployment. The code and the OOD dataset are publicly available and can be accessed via the project page: https://keio-csg.github.io/FWL-ToPM

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PR本紙発行元 EmplifAI