【BEVHeight论文阅读】自动驾驶车路协同车端感知算法

论文名称：BEVHeight: A Robust Framework for Vision-based Roadside 3D Object Detection

论文地址：https://arxiv.org/pdf/2303.08498.pdf

代码地址：https://github.com/ADLab-AutoDrive/BEVHeight
总结：这篇文章比较有意思的点在于其他3D检测采用的是基于深度的检测，而这篇文章是基于高度 。重点看HeightNet和2D->3Dprojector两个部分就可以了，其他地方没什么。

摘要

现有问题： 以视觉为中心的鸟瞰图检测方法在路边摄像头上的性能较差。
原因： 现有方法恢复汽车的深度。
解决问题： 不预测像素级深度而是将高度回归到地面（预测高度），在路边摄像头的3D检测任务中性能提高了。

介绍

通过深度检测车辆的缺点：

1.与具有一致相机姿势的自动驾驶汽车不同，路边通常在数据集中具有不同的相机位姿参数，这使得回归深度变得困难；

2.深度预测对外部参数的变化非常敏感，在现实世界中经常发生这种情况。(路边相机因风抖动)
想法：

无论汽车与相机中心之间的距离是多少，地面的高度一致，因此提出新的框架预测每个像素的高度而不是深度，称为BEVHeight 。
具体：

首先预测每个像素的分类高度分布，将丰富的上下文特征信息投影到杂草体素空间中适当的高度区间。然后进行体素池化操作和检测头得到最终的输出检测。此外，我们提出了一种超参数可调的高度采样策略。

方法

问题定义

已知： 路边相机图像，路边相机内参和外参
目标： 检测图像当中物体的3D边界框，每个3D边界框含有7个自由度向量。(x,y,z)每个边界框的位置，(l,w,h)长方体的长宽高，混合每个实例相对于一个特定轴的偏航角。

比较深度和高度

利用DAIR-V2X-I[39]数据集的LiDAR点云，我们首先将这些点投影到图像上，绘制图2 (b)中逐像素深度的直方图。我们可以观察到从 0 到 200 米的大范围。相比之下，我们将逐像素高度的直方图绘制到地面，并清楚地观察到高度分别在 -1 到 2m 之间，这对于网络更容易预测。

BEVHeight

整体架构

分为五部分：

图像视图编码器： 由2D骨干网络和FPN模块组成，输入：给定路边视图图像

，输出2D高维多尺度特征
HeightNet： 预测高度分布bins-like

和上下文特征

。CH代表高度箱的数量，Cc 表示上下文特征的通道。然后使用公式3生成结合图像上下文和高度分布的融合特征F f。
基于高度的2D→3D投影： 将融合后的特征推入3D楔形特征。
BEV特征转化： 体素池将3D楔形特征沿高度方向转换为BEV特征F。
编码+目标检测： 3D检测头首先用卷积层对BEV特征进行编码，然后预测由位置(x, y, z)、维度(l, w, h)和方向θ组成的3D边界框。

HeightNet

跟BEVDepth网络差不多利用Squeeze-and-Excitation层从2D图像特征F 2d生成上下文特征F上下文。 （具体操作可看源码）

堆叠多个残差快增加表示能力
使用可变形卷积预测每个像素高度（将回归任务转换为使用one-hot编码，将高度离散化为各种高度bin），且提出动态离散化。其中 h 表示地面的连续高度值，hmin 和 hmax 表示高度范围的开始和结束。N 是高度 bin 的数量，hi 表示第 i 个高度 bin 的值，H是路边摄像头的高度，α是控制高度箱浓度的炒作参数。