【BEV】BEVFormer总结

本文分享BEV感知方案中,具有代表性的方法:BEVFormer
它基于Deformable Attention,实现了一种融合多视角相机空间特征和时序特征的端到端框架,适用于多种自动驾驶感知任务。
主要由3个关键模块组成:
BEV Queries Q:用于查询得到BEV特征图
Spatial Cross-Attention:用于融合多视角空间特征
Temporal Self-Attention:用于融合时序BEV特征

基本思想:使用可学习的查询Queries表示BEV特征,查找图像中的空间特征和先前BEV地图中的时间特征。
推荐学习路径:
DETR→Deformable DETR→BEVFormer

一、 Bevformer整体结构

在这里插入图片描述

如上图所示,BEVFormer由如下三个部分组成:

  • backbone:用
### BevFormer 图像特征提取方法及实现 BevFormer 是一种基于 Transformer 架构的方法,用于从多摄像头图像中学习鸟瞰图(Bird's Eye View, BEV)表示。其核心在于通过 **空间交叉注意力机制 (Spatial Cross-Attention)** 和 **时序自注意力机制 (Temporal Self-Attention)** 来融合时空信息[^3]。 #### 空间交叉注意力机制中的图像特征提取 为了减少计算复杂度并提高效率,BevFormer 使用了一种基于变形注意力 (Deformable Attention) 的稀疏注意力机制来提取图像特征[^2]。具体来说: 1. **多尺度图像特征提取** 首先,输入的多摄像头图像经过卷积神经网络(CNN),例如 ResNet 或其他 backbone 模型,被转换为多尺度的特征图。这些特征图捕捉了不同层次的空间细节和语义信息[^4]。 2. **BEV Query 定义** 在 BEV 坐标系下定义一组查询向量(queries)。每个 BEV 查询代表一个特定位置上的特征需求,并试图从多个摄像头视角下的图像特征中获取相关信息。 3. **稀疏交互设计** 考虑到全局注意力机制带来的高昂计算成本,BevFormer 并未让每个 BEV 查询与整个图像特征图进行全面交互,而是采用了变形注意力的思想。即,对于每一个 BEV 查询,仅关注与其相关的局部图像区域,并从中抽取必要的特征。 以下是伪代码展示如何实现这一过程: ```python import torch.nn as nn class SpatialCrossAttention(nn.Module): def __init__(self, d_model=256, n_heads=8, num_levels=4, num_points=4): super(SpatialCrossAttention, self).__init__() # 初始化参数... def forward(self, bev_queries, img_features, reference_points): """ Args: bev_queries: Tensor of shape [B, H*W, C], where B is batch size, H and W are the height and width of BEV grid. img_features: List[Tensor], each tensor has a shape like [B, Ci, Hi, Wi]. reference_points: Tensor of shape [B, Nq, 2], normalized coordinates. Returns: updated_bev_queries: Updated BEV queries after spatial cross-attention. """ output = [] for level_idx in range(num_levels): # 对于每一层图像特征 sampled_img_feats = sample_image_features(img_features[level_idx], reference_points) attn_output = compute_deformable_attention(bev_queries, sampled_img_feats) output.append(attn_output) return sum(output) / num_levels ``` 上述代码片段展示了如何通过采样操作 `sample_image_features` 将图像特征映射至 BEV 查询所需的参考点上,并进一步应用变形注意力完成特征聚合。 #### 总结 通过对多摄像头图像进行分层特征提取,并借助变形注意力机制实现了高效的空间特征捕获,从而显著降低了传统全连接注意力建模方式所带来的资源消耗问题。
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