Ein Überblick über die Technologie des visuellen Wahrnehmungsalgorithmus für autonomes Fahren

Die Umweltwahrnehmung ist das erste Glied beim autonomen Fahren und die Verbindung zwischen Fahrzeug und Umwelt. Die Gesamtleistung eines autonomen Fahrsystems hängt maßgeblich von der Qualität des Wahrnehmungssystems ab. Derzeit gibt es zwei gängige Technologierouten für die Umweltwahrnehmungstechnologie:

① Vision-geführte Multisensor-Fusionslösung, mit Tesla als typischem Vertreter;

② Lidar-geführte und andere sensorgestützte technische Lösungen , typische Vertreter wie Google, Baidu usw.

Wir werden die wichtigsten visuellen Wahrnehmungsalgorithmen in der Umgebungswahrnehmung vorstellen. Ihre Aufgabenabdeckung und ihre technischen Bereiche sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Wir sind in zwei Abschnitte unterteilt, um den Kontext und die Richtung der visuellen 2D- und 3D-Wahrnehmungsalgorithmen zu klären.

In diesem Abschnitt stellen wir zunächst 2D-visuelle Wahrnehmungsalgorithmen vor, ausgehend von mehreren Aufgaben, die beim autonomen Fahren weit verbreitet sind, einschließlich der 2D-Zielerkennung und -verfolgung basierend auf Bildern oder Videos sowie der semantischen Segmentierung von 2D-Szenen . In den letzten Jahren hat Deep Learning in verschiedene Bereiche der visuellen Wahrnehmung Einzug gehalten und gute Ergebnisse erzielt. Daher haben wir einige klassische Deep-Learning-Algorithmen aussortiert.

01 Zielerkennung Identifizieren Sie den Bereich mit CNN. Daher wird „zweistufig“ auch als Zielerkennung basierend auf dem Regionsvorschlag (Regionsvorschlag) bezeichnet. Repräsentative Algorithmen umfassen die R-CNN-Reihe (R-CNN, Fast R-CNN, Faster R-CNN) usw.

Faster R-CNN ist das erste End-to-End-Erkennungsnetzwerk. In der ersten Stufe wird ein Region Candidate Network (RPN) verwendet, um Kandidatenrahmen basierend auf der Feature-Map zu generieren, und ROIPooling wird verwendet, um die Größe der Kandidaten-Features auszurichten. In der zweiten Stufe wird eine vollständig verbundene Ebene zur Verfeinerung verwendet Klassifizierung und Regression. Hier wird die Idee von Anchor vorgeschlagen, um den Rechenaufwand zu verringern und die Geschwindigkeit zu erhöhen. Jede Position der Feature-Map generiert Anker unterschiedlicher Größe und Seitenverhältnisse, die als Referenz für die Objektrahmenregression verwendet werden. Durch die Einführung von Anchor kann die Regressionsaufgabe nur relativ kleine Änderungen verarbeiten, sodass das Lernen im Netzwerk einfacher wird. Die folgende Abbildung ist das Netzwerkstrukturdiagramm von Faster R-CNN.

Die erste Stufe von CascadeRCNN ist genau die gleiche wie Faster R-CNN, und die zweite Stufe verwendet mehrere RoiHead-Schichten für die Kaskadierung. Die anschließende Arbeit dreht sich größtenteils um einige Verbesserungen des oben genannten Netzwerks oder um eine Ansammlung früherer Arbeiten, mit wenigen bahnbrechenden Verbesserungen.

1.2 Einstufige Erkennung

Im Vergleich zum zweistufigen Algorithmus muss der einstufige Algorithmus nur einmal Merkmale extrahieren, um eine Zielerkennung zu erreichen untere. Die Pionierarbeit dieser Art von Algorithmus ist YOLO, das anschließend von SSD und Retinanet verbessert wurde. Das Team, das YOLO vorschlug, integrierte diese Tricks, die zur Verbesserung der Leistung beitragen, in den YOLO-Algorithmus und schlug anschließend vier verbesserte Versionen YOLOv2 bis YOLOv5 vor. Obwohl die Vorhersagegenauigkeit nicht so gut ist wie beim zweistufigen Zielerkennungsalgorithmus, hat sich YOLO aufgrund seiner schnelleren Laufgeschwindigkeit zum Mainstream in der Branche entwickelt. Die folgende Abbildung ist das Netzwerkstrukturdiagramm von YOLOv3.

1.3 Ankerfreie Erkennung (keine Ankererkennung)

Diese Art von Methode stellt das Objekt im Allgemeinen als einige Schlüsselpunkte dar, und CNN wird verwendet, um die Positionen dieser Schlüsselpunkte zurückzugeben . Der Schlüsselpunkt kann der Mittelpunkt (CenterNet), Eckpunkt (CornerNet) oder repräsentativer Punkt (RepPoints) des Objektrahmens sein. CenterNet wandelt das Zielerkennungsproblem in ein Mittelpunktvorhersageproblem um, das heißt, es verwendet den Mittelpunkt des Ziels zur Darstellung des Ziels und erhält den rechteckigen Rahmen des Ziels durch Vorhersage des Versatzes, der Breite und der Höhe des Zielmittelpunkts.

Heatmap stellt Klassifizierungsinformationen dar und jede Kategorie generiert eine separate Heatmap. Wenn eine bestimmte Koordinate den Mittelpunkt des Ziels enthält, wird für jede Heatmap ein Schlüsselpunkt am Ziel generiert. Wir verwenden einen Gaußschen Kreis, um den gesamten Schlüsselpunkt darzustellen.

RepPoints schlägt vor, das Objekt als repräsentative Punktmenge darzustellen und sich durch verformbare Faltung an die Formänderungen des Objekts anzupassen. Die Punktmenge wird schließlich in einen Objektrahmen umgewandelt und zur Berechnung der Differenz zur manuellen Annotation verwendet.

1.4 Transformatorerkennung

Ob es sich um eine einstufige oder zweistufige Zielerkennung handelt, ob Anker verwendet wird oder nicht, der Aufmerksamkeitsmechanismus wird nicht gut genutzt. Als Reaktion auf diese Situation verwenden Relation Net und DETR Transformer, um den Aufmerksamkeitsmechanismus in den Bereich der Zielerkennung einzuführen. Relation Net verwendet Transformer, um die Beziehung zwischen verschiedenen Zielen zu modellieren, Beziehungsinformationen in Features zu integrieren und eine Funktionsverbesserung zu erreichen. DETR schlägt eine neue Zielerkennungsarchitektur vor, die auf Transformer basiert und eine neue Ära der Zielerkennung einleitet. Die folgende Abbildung zeigt den Algorithmusprozess von DETR. Zuerst wird CNN zum Extrahieren von Bildmerkmalen verwendet, und dann wird Transformer zum Modellieren der globalen räumlichen Beziehung verwendet Schließlich erhalten wir die Ausgabe von wird mit manueller Annotation über einen zweiteiligen Graph-Matching-Algorithmus abgeglichen.

Die Genauigkeit in der folgenden Tabelle verwendet mAP in der MSCOCO-Datenbank als Indikator, während die Geschwindigkeit durch FPS gemessen wird. Im Vergleich zu einigen der oben genannten Algorithmen gibt es viele verschiedene Möglichkeiten beim strukturellen Design Netzwerk (z. B. unterschiedliche Eingabegröße, unterschiedliche Backbone-Netzwerke usw.) und die Implementierungshardwareplattformen der einzelnen Algorithmen sind ebenfalls unterschiedlich, sodass Genauigkeit und Geschwindigkeit nicht vollständig vergleichbar sind. Hier ist nur ein grobes Ergebnis als Referenz.

02 Zielverfolgung

Bei autonomen Fahranwendungen handelt es sich bei der Eingabe um Videodaten, und es gibt viele Ziele, die Aufmerksamkeit erfordern, wie z. B. Fahrzeuge, Fußgänger, Fahrräder usw. Daher handelt es sich hierbei um eine typische Multiple-Object-Tracking-Aufgabe (MOT). Für MOT-Aufgaben ist Tracking-by-Detection derzeit das beliebteste Framework. Der Prozess ist wie folgt:

① Der Zieldetektor erhält die Zielbildausgabe auf einem einzelnen Bild.

② Extrahieren Sie jede Erkennung Merkmale des Ziels, normalerweise einschließlich visueller Merkmale und Bewegungsmerkmale;

③ Berechnen Sie die Ähnlichkeit zwischen Zielerkennungen aus benachbarten Bildern, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass sie von demselben Ziel stammen.

④ Vergleichen Sie die Ähnlichkeiten Die Objekterkennung in benachbarten Frames wird abgeglichen und Objekten desselben Ziels wird dieselbe ID zugewiesen.

Deep Learning wird in allen oben genannten vier Schritten angewendet, aber die ersten beiden Schritte sind die wichtigsten. In Schritt 1 dient die Anwendung von Deep Learning hauptsächlich der Bereitstellung hochwertiger Objektdetektoren, daher werden im Allgemeinen Methoden mit höherer Genauigkeit gewählt. SORT ist eine Zielerkennungsmethode, die auf Faster R-CNN basiert und den Kalman-Filteralgorithmus + den ungarischen Algorithmus verwendet, um die Geschwindigkeit der Verfolgung mehrerer Ziele erheblich zu verbessern und die Genauigkeit von SOTA zu erreichen. Sie wird auch häufig in praktischen Anwendungen verwendet. Algorithmus. In Schritt 2 basiert die Anwendung von Deep Learning hauptsächlich auf der Verwendung von CNN, um die visuellen Merkmale von Objekten zu extrahieren. Die größte Funktion von DeepSORT besteht darin, Darstellungsinformationen hinzuzufügen und das ReID-Modul auszuleihen, um Deep-Learning-Funktionen zu extrahieren und so die Anzahl der ID-Schalter zu reduzieren. Das allgemeine Flussdiagramm sieht wie folgt aus:

Darüber hinaus gibt es auch ein Framework zur gleichzeitigen Erkennung und Verfolgung. Wie zum Beispiel der repräsentative CenterTrack, der aus dem zuvor eingeführten einstufigen ankerlosen Erkennungsalgorithmus CenterNet hervorgegangen ist. Im Vergleich zu CenterNet fügt CenterTrack das RGB-Bild des vorherigen Frames und die Heatmap des Objektzentrums als zusätzliche Eingaben hinzu und fügt einen Offset-Zweig für die Zuordnung zwischen dem vorherigen und dem nächsten Frame hinzu. Im Vergleich zum mehrstufigen Tracking-by-Detection nutzt CenterTrack ein Netzwerk zur Implementierung der Erkennungs- und Matching-Stufen und verbessert so die Geschwindigkeit der MOT.

03 Semantische Segmentierung

Die semantische Segmentierung wird sowohl bei der Spurlinienerkennung als auch bei der Erkennung befahrbarer Bereiche beim autonomen Fahren verwendet. Repräsentative Algorithmen umfassen FCN, U-Net, DeepLab-Serie usw. DeepLab verwendet erweiterte Faltung und ASPP-Struktur (Atrous Spatial Pyramid Pooling), um eine mehrskalige Verarbeitung des Eingabebilds durchzuführen. Schließlich wird das bedingte Zufallsfeld (Conditional Random Field, CRF), das üblicherweise in herkömmlichen semantischen Segmentierungsmethoden verwendet wird, zur Optimierung der Segmentierungsergebnisse verwendet. Die folgende Abbildung zeigt die Netzwerkstruktur von DeepLab v3+.

Der STDC-Algorithmus hat in den letzten Jahren eine ähnliche Struktur wie der FCN-Algorithmus angenommen und die komplexe Decoderstruktur des U-Net-Algorithmus eliminiert. Gleichzeitig wird das ARM-Modul beim Netzwerk-Downsampling verwendet, um kontinuierlich Informationen aus Feature-Maps verschiedener Ebenen zusammenzuführen und so die Mängel des FCN-Algorithmus zu vermeiden, der nur Einzelpixelbeziehungen berücksichtigt. Man kann sagen, dass der STDC-Algorithmus ein gutes Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit erreicht und die Echtzeitanforderungen des autonomen Fahrsystems erfüllen kann. Der Algorithmusablauf ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Als nächstes stellen wir die 3D-Szenenwahrnehmung vor, die beim autonomen Fahren unerlässlich ist. Da Tiefeninformationen, dreidimensionale Zielgröße usw. nicht in der 2D-Wahrnehmung erfasst werden können, sind diese Informationen der Schlüssel für das autonome Fahrsystem, um korrekte Urteile über die Umgebung zu fällen. Der direkteste Weg, 3D-Informationen zu erhalten, ist die Verwendung von LiDAR. Allerdings hat LiDAR auch seine Nachteile, wie z. B. höhere Kosten, Schwierigkeiten bei der Massenproduktion von Produkten in Automobilqualität, stärkere Witterungseinflüsse usw. Daher ist die ausschließlich auf Kameras basierende 3D-Wahrnehmung immer noch eine sehr bedeutungsvolle und wertvolle Forschungsrichtung. Als nächstes sortieren wir einige 3D-Wahrnehmungsalgorithmen, die auf Monokularen und Ferngläsern basieren.

04 Monokulare 3D-Wahrnehmung

Die Wahrnehmung der 3D-Umgebung auf der Grundlage eines einzelnen Kamerabildes ist ein schlecht gestelltes Problem, das jedoch durch geometrische Annahmen (z. B. Pixel auf dem Boden), Vorkenntnisse oder ähnliches gelöst werden kann zusätzliche Informationen (z. B. Tiefenschätzung) zur Lösung des Problems. Dieses Mal stellen wir die relevanten Algorithmen vor, ausgehend von den beiden Grundaufgaben zur Realisierung autonomen Fahrens (3D-Zielerkennung und Tiefenschätzung). 4.1 3D-Zielerkennung Dabei wird die perspektivische Ansicht in eine Vogelperspektive-Darstellung umgewandelt. Hier werden zwei Transformationsmethoden vorgestellt. Die erste ist die inverse Perspektivkartierung (IPM), bei der davon ausgegangen wird, dass sich alle Pixel auf dem Boden befinden und die externen Parameter der Kamera korrekt sind. Zu diesem Zeitpunkt kann die Homographietransformation verwendet werden, um das Bild in BEV umzuwandeln, und dann eine darauf basierende Methode Das YOLO-Netzwerk wird verwendet, um den Bodenrahmen des Ziels zu erkennen. Die zweite ist Orthogonal Feature Transform (OFT), die ResNet-18 verwendet, um perspektivische Bildmerkmale zu extrahieren. Voxelbasierte Merkmale werden dann durch die Akkumulation bildbasierter Merkmale über die projizierten Voxelregionen generiert. Die Voxelmerkmale werden dann vertikal gefaltet, um orthogonale Grundebenenmerkmale zu erzeugen. Schließlich wird ein weiteres Top-Down-Netzwerk ähnlich wie ResNet für die 3D-Objekterkennung verwendet. Diese Methoden eignen sich nur für Fahrzeuge und Fußgänger, die sich in Bodennähe befinden.

Für Nicht-Bodenziele wie Verkehrsschilder und Ampeln können durch Tiefenschätzung Pseudopunktwolken zur 3D-Erkennung generiert werden. Pseudo-LiDAR verwendet zunächst die Ergebnisse der Tiefenschätzung, um Punktwolken zu generieren, und wendet dann direkt den Lidar-basierten 3D-Zieldetektor an, um einen 3D-Zielrahmen zu generieren. Der Algorithmusablauf ist in der folgenden Abbildung dargestellt Schlüsselpunkte und 3D-Modell: Die Größe und Form des zu erkennenden Ziels, wie z. B. Fahrzeuge und Fußgänger, sind relativ fest und bekannt. Diese können als Vorwissen zur Schätzung der 3D-Informationen des Ziels verwendet werden. DeepMANTA ist eines der Pionierwerke in dieser Richtung. Zunächst werden einige Zielerkennungsalgorithmen wie Faster RNN verwendet, um den 2D-Zielrahmen zu erhalten und auch die Schlüsselpunkte des Ziels zu erkennen. Anschließend werden diese 2D-Zielrahmen und Schlüsselpunkte mit verschiedenen 3D-Fahrzeug-CAD-Modellen in der Datenbank abgeglichen und das Modell mit der höchsten Ähnlichkeit als Ausgabe der 3D-Zielerkennung ausgewählt. MonoGRNet schlägt vor, die monokulare 3D-Zielerkennung in vier Schritte zu unterteilen: 2D-Zielerkennung, Tiefenschätzung auf Instanzebene, projizierte 3D-Mittelpunktschätzung und lokale Eckenregression. Der Algorithmusablauf ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Bei dieser Art von Methode wird davon ausgegangen, dass das Ziel ein relativ festes Formmodell hat, was für Fahrzeuge im Allgemeinen zufriedenstellend, für Fußgänger jedoch relativ schwierig ist.

2D/3D-Geometriebeschränkungen: Regressieren Sie die Projektion des 3D-Zentrums und der groben Instanztiefe und verwenden Sie beide, um eine grobe 3D-Position abzuschätzen. Die Pionierarbeit ist Deep3DBox, das zunächst Bildmerkmale innerhalb einer 2D-Zielbox verwendet, um die Größe und Ausrichtung des Ziels abzuschätzen. Anschließend wird die 3D-Position des Mittelpunkts durch eine geometrische 2D/3D-Beschränkung gelöst. Diese Einschränkung besteht darin, dass die Projektion des 3D-Zielrahmens auf dem Bild eng vom 2D-Zielrahmen umgeben ist, d. h., dass auf jeder Seite des 2D-Zielrahmens mindestens ein Eckpunkt des 3D-Zielrahmens gefunden werden kann. Durch die zuvor vorhergesagte Größe und Ausrichtung, kombiniert mit den Kalibrierungsparametern der Kamera, kann die 3D-Position des Mittelpunkts berechnet werden. Die geometrischen Einschränkungen zwischen den 2D- und 3D-Zielfeldern sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Shift R-CNN kombiniert die zuvor erhaltenen 2D-Zielboxen, 3D-Zielboxen und Kameraparameter als Eingaben basierend auf Deep3DBox und verwendet ein vollständig verbundenes Netzwerk, um eine genauere 3D-Position vorherzusagen.

3DBox direkt generieren: Diese Methode beginnt mit dichten 3D-Zielkandidatenboxen und bewertet alle Kandidatenboxen basierend auf den Merkmalen im 2D-Bild. Die Kandidatenbox mit der höchsten Bewertung ist die endgültige Ausgabe. Etwas ähnlich der herkömmlichen Schiebefenstermethode bei der Zielerkennung. Der repräsentative Mono3D-Algorithmus generiert zunächst dichte 3D-Kandidatenboxen basierend auf der vorherigen Position des Ziels (Z-Koordinate ist auf dem Boden) und Größe. Nachdem diese 3D-Kandidatenbilder auf Bildkoordinaten projiziert wurden, werden sie durch Integration der Merkmale im 2D-Bild bewertet. Anschließend wird eine zweite Bewertungsrunde über CNN durchgeführt, um das endgültige 3D-Zielbild zu erhalten.

M3D-RPN ist eine ankerbasierte Methode, die 2D- und 3D-Anker definiert. Der 2D-Anker wird durch dichtes Abtasten des Bildes erhalten, und der 3D-Anker wird durch Vorkenntnisse der Trainingssatzdaten (z. B. den Mittelwert der tatsächlichen Größe des Ziels) bestimmt. M3D-RPN verwendet außerdem sowohl die Standardfaltung als auch die tiefenbasierte Faltung. Ersteres weist räumliche Invarianz auf und letzteres unterteilt die Zeilen (Y-Koordinaten) des Bildes in mehrere Gruppen. Jede Gruppe entspricht einer anderen Szenentiefe und wird von verschiedenen Faltungskernen verarbeitet. Die oben genannten Methoden zur dichten Stichprobe sind sehr rechenintensiv. SS3D verwendet eine effizientere einstufige Erkennung, einschließlich eines CNN zur Ausgabe redundanter Darstellungen jedes relevanten Objekts im Bild und entsprechender Unsicherheitsschätzungen sowie eines 3D-Bounding-Box-Optimierers. FCOS3D ist ebenfalls eine einstufige Erkennungsmethode. Das Regressionsziel fügt ein zusätzliches 2,5D-Zentrum (X, Y, Tiefe) hinzu, das durch Projizieren des Zentrums des 3D-Zielrahmens auf das 2D-Bild erhalten wird.

4.2 Tiefenschätzung

Ob es sich um die oben erwähnte 3D-Zielerkennung oder eine andere wichtige Aufgabe der autonomen Fahrwahrnehmung handelt – semantische Segmentierung, die sich von 2D bis 3D erstreckt, wird mehr oder weniger spärlich oder dicht angewendet Tiefeninformationen. Die Bedeutung der monokularen Tiefenschätzung liegt auf der Hand. Ihre Eingabe ist ein Bild, und die Ausgabe ist ein Bild derselben Größe, das aus dem jedem Pixel entsprechenden Szenentiefenwert besteht. Die Eingabe kann auch eine Videosequenz sein, die zusätzliche Informationen von der Kamera oder der Objektbewegung nutzt, um die Genauigkeit der Tiefenschätzung zu verbessern.

Im Vergleich zum überwachten Lernen erfordert die unbeaufsichtigte Methode der monokularen Tiefenschätzung nicht die Erstellung eines anspruchsvollen Ground-Truth-Datensatzes und ist weniger schwierig zu implementieren. Unüberwachte Methoden zur monokularen Tiefenschätzung können in zwei Typen unterteilt werden: basierend auf monokularen Videosequenzen und basierend auf synchronisierten Stereobildpaaren.

Ersteres basiert auf der Annahme bewegter Kameras und statischer Szenen. Bei der letztgenannten Methode versuchten Garg et al. zunächst, stereokorrigierte binokulare Bildpaare gleichzeitig für die Bildrekonstruktion zu verwenden. Durch binokulare Bestimmung wurde ein relativ idealer Effekt erzielt. Auf dieser Grundlage verwendeten Godard et al. Einschränkungen für die linke und rechte Konsistenz, um die Genauigkeit weiter zu verbessern. Während jedoch erweiterte Merkmale durch schichtweises Downsampling extrahiert wurden, um das Empfangsfeld zu erhöhen, nimmt auch die Merkmalsauflösung ständig ab geht ständig verloren, was die Verarbeitung tiefer Details und die Klarheit der Kanten beeinträchtigt. Um dieses Problem zu lindern, führten Godard et al. einen Multiskalenverlust mit voller Auflösung ein, der schwarze Löcher und Texturreplikationsartefakte in Bereichen mit geringer Textur effektiv reduzierte. Diese Verbesserung der Genauigkeit ist jedoch noch begrenzt.

In letzter Zeit sind nacheinander einige Transformer-basierte Modelle entstanden, die darauf abzielen, das globale Empfangsfeld der gesamten Bühne zu erhalten, das sich auch sehr gut für intensive Tiefenschätzungsaufgaben eignet. Bei der überwachten DPT wird vorgeschlagen, Transformer und Multiskalenstrukturen zu verwenden, um gleichzeitig die lokale Genauigkeit und die globale Konsistenz der Vorhersage sicherzustellen. Die folgende Abbildung zeigt das Netzwerkstrukturdiagramm.

05 Binokulare 3D-Wahrnehmung

Binokulares Sehen kann die durch die Perspektivtransformation verursachte Mehrdeutigkeit beseitigen und so theoretisch die Genauigkeit der 3D-Wahrnehmung verbessern. Allerdings stellt das Binokularsystem relativ hohe Anforderungen an Hardware und Software. Hardwareseitig sind zwei genau registrierte Kameras erforderlich, wobei die Korrektheit der Registrierung im Fahrzeugbetrieb gewährleistet sein muss. In Bezug auf die Software muss der Algorithmus Daten von zwei Kameras gleichzeitig verarbeiten. Die Berechnungskomplexität ist hoch und die Echtzeitleistung des Algorithmus kann nur schwer garantiert werden. Im Vergleich zum Monokular ist die binokulare Arbeit relativ geringer. Als nächstes geben wir auch eine kurze Einführung in die beiden Aspekte der 3D-Zielerkennung und Tiefenschätzung.

5.1 3D-Zielerkennung

3DOP ist eine zweistufige Erkennungsmethode, die eine Erweiterung der Fast R-CNN-Methode im 3D-Bereich darstellt. Zunächst werden binokulare Bilder verwendet, um eine Tiefenkarte zu erstellen. Die Tiefenkarte wird in eine Punktwolke umgewandelt und dann in eine Gitterdatenstruktur quantifiziert. Diese wird dann als Eingabe verwendet, um einen Kandidatenrahmen für das 3D-Ziel zu generieren. Ähnlich wie beim zuvor eingeführten Pseudo-LiDAR werden dichte Tiefenkarten (von monokularem, binokularem oder sogar LiDAR mit geringer Linienzahl) in Punktwolken umgewandelt und anschließend Algorithmen im Bereich der Punktwolken-Zielerkennung angewendet. DSGN nutzt Stereo-Matching, um planare Scan-Volumina zu erstellen und diese in 3D-Geometrie umzuwandeln, um 3D-Geometrie und semantische Informationen zu kodieren. Es handelt sich um ein End-to-End-Framework, das Features auf Pixelebene für Stereo-Matching und erweiterte Objekterkennung extrahieren kann und kann gleichzeitig die Szenentiefe schätzen und 3D-Objekte erkennen.

Stereo R-CNN erweitert Faster R-CNN für Stereoeingänge, um Objekte in der linken und rechten Ansicht gleichzeitig zu erkennen und zu korrelieren. Nach RPN wird ein zusätzlicher Zweig hinzugefügt, um spärliche Schlüsselpunkte, Ansichtspunkte und Objektgrößen vorherzusagen, und kombiniert die 2D-Begrenzungsrahmen in der linken und rechten Ansicht, um einen groben 3D-Objektbegrenzungsrahmen zu berechnen. Anschließend werden mithilfe der bereichsbasierten photometrischen Ausrichtung der linken und rechten interessierenden Bereiche genaue 3D-Begrenzungsrahmen wiederhergestellt. Die folgende Abbildung zeigt die Netzwerkstruktur.

5.2 Tiefenschätzung

Das Prinzip der binokularen Tiefenschätzung ist sehr einfach und basiert auf dem Pixelabstand d zwischen demselben 3D-Punkt in der linken und rechten Ansicht (vorausgesetzt, dass Die beiden Kameras behalten die gleiche Höhe bei, sodass nur der Abstand in horizontaler Richtung verwendet wird, dh die Parallaxe, die Brennweite f der Kamera und der Abstand B (Basislinienlänge) zwischen den beiden Kameras, um die Tiefe abzuschätzen Die Formel lautet wie folgt: Die Tiefe kann durch Schätzung der Parallaxe berechnet werden. Dann müssen Sie nur noch für jedes Pixel einen passenden Punkt auf dem anderen Bild finden.

Für jedes mögliche d kann der Übereinstimmungsfehler an jedem Pixel berechnet werden, sodass ein dreidimensionales Fehlerdaten-Kostenvolumen erhalten wird. Durch das Kostenvolumen können wir leicht die Disparität an jedem Pixel ermitteln (d entspricht dem minimalen Übereinstimmungsfehler) und so den Tiefenwert erhalten. MC-CNN verwendet ein Faltungs-Neuronales Netzwerk, um den Übereinstimmungsgrad zweier Bildfelder vorherzusagen, und berechnet daraus die Kosten für die Stereoanpassung. Die Kosten werden durch schnittpunktbasierte Kostenaggregation und halbglobales Matching verfeinert, gefolgt von Links-Rechts-Konsistenzprüfungen, um Fehler in verdeckten Bereichen zu beseitigen. PSMNet schlägt ein End-to-End-Lernframework für Stereo-Matching vor, das keine Nachbearbeitung erfordert, führt ein Pyramiden-Pooling-Modul ein, um globale Kontextinformationen in Bildfunktionen zu integrieren, und stellt ein gestapeltes Sanduhr-3D-CNN bereit, um globale Informationen weiter zu verbessern. Die folgende Abbildung zeigt die Netzwerkstruktur.

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