首篇!BEV感知中的视觉-毫米波雷达融合综述

文章探讨了传感器融合在自主机器人感知系统中的重要性,尤其是相机和雷达的互补性。介绍了BEV目标检测的任务、传感器选择、数据集和评估指标,并详细分析了早期融合、深度融合和后期融合的传感器融合技术。文章还指出,基于transformer的方法在视觉-雷达融合中表现出色,提出了未来可能的发展方向,包括transformer的扩展和协作感知。

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由于构建自主机器人感知系统的需求,传感器融合能够充分利用跨模态信息已引起研究人员和工程师的大量关注。然而,为了大规模地构建机器人平台,需要强调自主机器人平台带来的成本。camera和radar本身就包含互补的感知信息,有潜力大规模开发自主机器人平台。然而,与LiDAR与视觉融合相比,雷达与视觉融合的工作有限。本文通过对BEV目标检测系统的视觉毫米波雷打融合方法的调查来解决这一差距。首先将介绍背景信息,即目标检测任务、传感器选择、传感器设置、基准数据集和机器人感知系统的评估指标。随后,将介绍每种模态(相机和radar)数据表示,然后详细介绍基于子组的传感器融合技术,即早期融合、深度融合和后期融合,以便于理解每种方法的优缺点。最后,我们提出了视觉radar融合的未来可能趋势,以启发未来的研究。

定期更新的内容可在以下链接找到:https://github.com/ApoorvRoboticist/Vision-RADARFusion-BEV-Survey

领域应用背景

相机在BEV预测中的泛化能力不太好,因为它们接收的输入受到2D像素的限制,然而却包含非常丰富的语义和边界信息。radar的数据已经包括输入点云中的3D数据和速度数据,但缺乏密集的语义信息。由于这些原因,相机-radar传感器组合可以很好地一起工作,但是这些传感器接收的数据需要映射到单个坐标系,接收到的输入数据如图1所示:81ca3e07f88e1b1c35fa8b48b687b276.png

之前的工作只考虑了视觉和激光雷达方面,[7] 和[8]已经涵盖了视觉和radar,但他们对现代基于深度学习的技术的研究还不够深入,而这些技术正成为当今趋势。本文计划通过涵盖BEV背后的基础知识来解决这一差距,然后深入研究现代视觉radar融合技术,从而更加关注基于transformer的方法。本文的主要组织结构如下:首先在第二节中查看了解机器人BEV感知所需的背景信息,即关于目标检测任务、传感器选择、基准数据集、评估指标等信息。然后,将在第三节中介绍相机和radar的输入数据格式。在第四节中,将详细分析相机和radar融合方法所涉及的技术。此外,还将对它们进行分组,以便能够轻松地理解。稍后,在第五节中,将展示所讨论的方法如何评估相机radar基准nuScenes。然后在第六节中,将对当前的研究趋势进行可能的扩展,这可能会启发未来的研究。最后,在第七节中,将总结整体的研究结果!2d68f6966cc8a12c0aac677322b9b491.png

3D目标检测是机器人/自动驾驶平台的一项重要任务。目标检测是两个基本计算机视觉问题的结合,即分类和定位,其目的是检测预定义类的所有实例,并使用轴对齐的框在图像/BEV空间中提供其定位。它通常被视为一个利用大量标记图像的监督学习问题,目标检测任务中的几个关键挑战包括:

box BEV表示:相机图像在透视图中,但下游自治任务在鸟瞰图(BEV)中运行。因此,需要一种将透

<think>嗯,用户想了解视觉毫米波雷达融合的框架或解决方案。首先,我需要结合提供的引用内容来整理现有的方法。根据引用[1]和[2],毫米波雷达视觉融合属于多模态信息融合,各有优势。引用[2]提到了CenterFusion,这是一个基于中心点检测的框架,使用截头体方法关联雷达检测和目标中心,补充图像特征。这可能是一个具体的解决方案。 然后,用户可能想知道不同的融合层次,比如数据级、特征级和决策级。引用[1]提到原始雷达数据和视觉图像融合能提供更丰富的信息,但挑战在于处理不同模态的噪声和相关性。因此,在数据级融合方面,需要同步传感器数据,并进行空间对齐,比如外参标定和时间同步。 特征级融合方面,CenterFusion的例子是生成雷达特征图并与图像特征结合,这属于中间层次的融合。引用[2]指出,这种方法能提升速度估计,但可能丢弃仅由雷达检测的目标,这是需要注意的缺点。 决策级融合则是各自处理后再综合结果,比如目标检测后融合,但可能存在信息损失。需要权衡实时性和精度。 另外,用户可能关心挑战和未来方向。引用[1]提到多模态融合的挑战,包括噪声处理和信息挖掘。而引用[2]中的问题,如依赖图像BEV中心预测的可靠性,可能需要更优的BEV表示方法,比如使用Transformer或雷达辅助深度估计。 还要考虑实际应用中的数据集问题,引用[1]指出现有数据集提供后处理的雷达数据,可能丢失信息。因此,使用原始雷达数据可能更有优势,但处理起来更复杂。 最后,需要确保回答结构清晰,分层次说明框架,并结合具体例子,如CenterFusion,同时提到挑战和解决方案。可能还需要推荐相关数据集或学习资源,但根据引用[4],课程信息可能过时,暂时不提及。总结出几种主流框架,并指出各自的优缺点,帮助用户理解选择。</think>### 视觉毫米波雷达融合框架的解决方案 #### 1. **融合层次分类** 视觉毫米波雷达融合框架可分为以下三种模式: - **数据级融合**:将原始点云数据(毫米波雷达)与图像像素(视觉)直接对齐融合,例如通过空间投影或时间同步,需要解决传感器外参标定问题[^1]。例如: $$ z_{\text{fused}} = \alpha \cdot z_{\text{radar}} + (1-\alpha) \cdot z_{\text{visual}} $$ - **特征级融合**:分别提取视觉的语义特征(如CNN特征图)和雷达的物理特征(如速度、反射强度),再通过注意力机制或跨模态Transformer进行关联[^2]。 - **决策级融合**:各自独立完成目标检测/跟踪后,通过贝叶斯滤波或匈牙利算法融合结果,但可能丢失底层关联信息[^1]。 #### 2. **典型框架案例** - **CenterFusion框架**(引用[2]): 1. 基于视觉检测目标的中心点生成截头体(截锥形区域); 2. 将雷达点云投影到图像坐标系,筛选位于截头体内的雷达点; 3. 构建雷达特征图并与视觉特征图融合,回归目标深度、速度等属性。 ```python # 伪代码:雷达-视觉特征融合 radar_feats = project_radar_to_image(radar_points, calib_params) visual_feats = backbone_cnn(camera_image) fused_feats = concatenate(radar_feats, visual_feats) pred_3dbox = detection_head(fused_feats) ``` 该框架显著提升速度估计精度,但对纯雷达检测目标存在漏检风险。 - **BEV融合框架**: 1. 将视觉图像通过IPM变换或MLP生成BEV(鸟瞰图)表示; 2. 将毫米波雷达点云栅格化为BEV网格; 3. 使用3D卷积或Transformer融合双模态BEV特征,输出联合感知结果。 #### 3. **关键技术挑战** - **时空对齐**:需精确标定雷达与相机的外参,并通过硬件同步(如PTP协议)解决时间戳差异[^1]; - **噪声抑制**:雷达多径反射和视觉光照变化需设计鲁棒的特征选择机制; - **信息互补性挖掘**:利用雷达穿透性(如雨雾环境)与视觉高分辨率特性,例如通过门控网络动态分配权重。 #### 4. **工业界应用方向** - **自动驾驶障碍物检测**:融合视觉语义分割与雷达距离/速度测量,提升AEB(自动紧急制动)可靠性; - **SLAM建图**:毫米波雷达提供运动估计,视觉提供回环检测,适用于隧道等GPS失效场景[^3]; - **低成本ADAS**:用4D毫米波雷达替代部分激光雷达功能,与视觉联合实现L2+级自动驾驶。
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