【论文笔记】 Towards End-to-End Lane Detection: an Instance SegmentationApproach

最新推荐文章于 2025-11-18 00:32:41 发布

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#车道线检测 #图像分割

本文介绍了一种车道线检测方法，将车道线检测作为实例分割问题解决，并实现了端到端的训练。该方法采用车道分割和车道嵌入两个分支，能够处理遮挡和不明显的车道线情况。同时，引入了曲线拟合技术以提高检测精度。

论文链接：https://arxiv.org/abs/1802.05591?context=cs

代码https://github.com/MaybeShewill-CV/lanenet-lane-detection

这篇论文是做车道线检测的，之前的检测方法都限制于检测预定义的固定数量的车道线，本文将车道线检测问题看做一个实例分割问题，并实现了端到端的训练，速度是50fps。还一个亮点是考虑到地面坡度的问题，使用曲线拟合的方法来增大精确度。
　　车道线检测思路是：将车道线检测任务分成两个分支，车道检测分支与车道嵌入分支。车道分割分支就是将图片分为车道与背景。车道嵌入分支就是将分割出的车道进一步分解成不同的实例instance。流程图如下图所示

　　
A.车道线端到端检测网络 LaneNet，包括二值分割以及聚类进行实例分割
二值分割：将车道线对应像素连在一起，这样做的话即使车道线被汽车遮挡或者车道线不明显（如虚线或者褪色）等情况，车道线仍能被检测出来。用的是标准的交叉熵损失函数。因为前景背景数量高度不平衡，应用了bounded inverse class weighting。【29: ENet: A Deep Neural Network Architecture for Real-Time Semantic Segmentation】
实例分割：使用基于距离度量学习的one-shot学习方法【5： Semantic Instance Segmentation with a Discriminative Loss Function】。通过使用这种聚类方式，instance embedding 分支训练出为每根车道线像素训练出pixel embedding。相同线的像素embedding距离小，不同线的像素embedding距离大。
Loss function设计为：
这里写图片描述

Lvar L v a r $L_{var}$ 为方差损失，降低类内距离

在embedding后的空间中，每条线有的聚类中心uc，对于每条线上的每一点xi，计算其与uc的阈值δv范围的L2 loss:[||uc−xi||−δv]2 在 e m b e d d i n g 后的空间中，每条线有的聚类中心 u c ，对于每条线上的每一点 x i ，计算其与 u c 的阈值 δ v 范围的 L 2 l o s s : [ | | u c − x i | | − δ v ] 2 $在embedding后的空间中，每条线有的聚类中心u_c，对于每条线上的每一点x_i，计算其与u_c的阈值\delta_v范围的L2\ loss:[||u_c-x_i||-\delta_v]^2$

Ldist L d i s t $L_{dist}$ 为距离损失，增大类间距离
对于每两根车道线计算L2 loss
聚类：通过设定阈值不断迭代进行聚类。为了避免选中outlier，使用mean shift。
**网络结构：**LaneNet基于 ENet的encoder-decoder架构。
这里写图片描述

B 曲线拟合 H-Net
这里写图片描述
通常情况下，车道像素被投影成“鸟瞰图”表示，使用一个固定的转换矩阵。然而，由于变换参数对所有图像都是固定的，所以当遇到非地面时，例如在斜坡上，这会引起一些问题。为了缓解这个问题，我们训练一个网络，称为H-Network，它可以估算输入图像上的“理想”透视变换的参数。
曲线拟合：曲线拟合车道线P时，一般会用转移矩阵H将车道线投影为鸟瞰图。

H = ⎡ ⎣ ⎢ ⎢ a 00 b d f c e 1 ⎤ ⎦ ⎥ ⎥

$H=\left[ \begin{matrix} a & b & c \\ 0 & d & e \\ 0 & f & 1 \end{matrix} \right]$
这里的0是为了让水平线经过映射后仍然保持水平。
　　先使用H映射得到

p′i=[xi,yi,1]T∈P′ p i ′ = [ x i , y i , 1 ] T ∈ P ′ $p_{i}^{'}=[x_i,y_i,1]^T\in P^{'}$ , 且

p′i=Hpi p i ′ = H p i $p_i^{'}=Hp_i$ ，对于映射的

P′ P ′ $P^{'}$ 使用最小二乘法拟合一个多项式

f(y′) f ( y ′ ) $f(y^{'})$ ，也就是曲线函数。然后再根据y方向坐标，计算出拟合后的x坐标
　　简单来说，先根据转移矩阵H将车道线坐标映射到鸟瞰图上，对于鸟瞰图上的坐标拟合一条曲线，然后以y坐标映射前后保持不变，

pi=[−,yi,1]T映射得到[−,y′i,1]T,拟合得到的x′∗i=f(y′i)，将新的鸟瞰图上的点p′∗i=[x′∗i,y′i,1]T再映射回原图得到p∗i=[x∗i,yi,1]T，损失函数即为x∗与x的偏差 p i = [ − , y i , 1 ] T 映射得到 [ − , y i ′ , 1 ] T , 拟合得到的 x i ′ ∗ = f ( y i ′ ) ，将新的鸟瞰图上的点 p i ′ ∗ = [ x i ′ ∗ , y i ′ , 1 ] T 再映射回原图得到 p i ∗ = [ x i ∗ , y i , 1 ] T ，损失函数即为 x ∗ 与 x 的偏差 $p_i=[-,y_i,1]^T映射得到[-,y_i^{'},1]^T, 拟合得到的x_i^{’*}=f(y_i^{'}) ，将新的鸟瞰图上的点p_{i}^{'*}=[x_i^{'*}, y_i^{'} ,1]^T再映射回原图得到p_{i}^{*}=[x_i^*,y_i,1]^T，损失函数即为x^*与x的偏差$