Efficient and Robust 2D-to _偏移

and2D-to-BEVvia -论文笔记
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1.引言
根据将图像特征转换到BEV特征时是否显式地使用几何信息，目前的方法可分为基于几何的逐点变换和无需几何的全局变换。
前者（左图）使用相机校准后的内外参来建立图像像素到BEV网格的对应关系。但该方法依赖过多校准数据，实际中相机可能偏移校准位置，导致对应关系不稳定；此外，往往需要复杂而耗时的操作如密集的深度分布估计、特征沿射线传播到BEV空间等等。
后者（右图）拉长图像特征，每个BEV网格与所有图像特征进行交互。该方法视图转换不需要几何先验，因此对相机偏移不敏感。但该方法计算复杂度与图像像素数正相关，存在效率和分辨率的矛盾；由于无几何先验指导，模型需要从所有视图中挖掘有判别力的信息，使得收敛困难。
本文提出几何指导的核（GKT），使用相机参数作为指导而不过多地依赖。发生相机偏移时，相应的核区域也会移动，但也能覆盖目标，使得该方法对相机偏移不敏感。核区域的注意力权重根据偏移动态生成。
GKT使用查找表索引，摆脱了逐点变换中的2D-3D映射操作，提高运行效率。与全局变换相比，GKT无需全局交互，仅关注由几何指导的核区域，有更快的运行速度和收敛速度。因此GKT平衡了逐点变换与全局变换。
2.方法 2.1 几何指导的核
上图为GKT的框架。其中多视图图像通过共享的CNN主干提取多尺度特征。BEV空间的每个网格对应一个3D坐标
和一个查询嵌入
，其中
是所有网格共享的预定义高度。将Pi通过相机内外参粗略地投影到图像坐标并取整，用于指导关注相应区域：
其中

文章插图
索引特征尺度，
索引视图。
然后在
附近考虑
的核区域，每个查询
与每个视图、每个尺度的相应核区域内所有特征交互（超出图像范围的部分特征设为0）。
2.2 对相机偏移的鲁棒性
将相机偏移分解为旋转偏移和平移偏移。其中平移偏移为
旋转偏移为
其中

文章插图
噪声随机变量
满足
加入偏移噪声后，上节中的公式变为
由于取整操作是抗噪声的，因此微小偏移不改变核区域；即使是稍大一点的偏移，核区域仍能覆盖目标，且注意力权重能根据偏移动态调节。
2.3 BEV到2D的查找表索引
每个BEV网格对应的核区域是固定的，可离线计算。则运行前将每个BEV网格对应的像素索引存储在查找表中，运行时可以直接高效地查找相应位置的特征。
【Efficient and Robust 2D-to】2.4 核的配置
可以灵活配置核的大小以平衡感受野和计算耗费；由于查找表索引，核的布局也可任意选取（如交叉形状的核、膨胀核等）。
3.实验
实施细节：预设的BEV网格分辨率较低，分割前通过上采样和卷积块得到高分辨率BEV网格，用于地图分割。
主要结果：本文的方法在所有实时方法中速度最快且性能最好，尽管远达不到实时的有更好的性能。
对相机偏移的鲁棒性：实验检验了不同噪声方差下的性能下降，发现在一定噪声下GKT能保持相当的性能。且发现更大的核鲁棒性更强，且竖直方向上的长度影响更大。这可能是因为BEV网格的z是预定义的，有更大的不确定性。
在无噪声时，GKT使用的核为竖直核（水平宽度为1），能达到最好的性能。
对BEV高度的鲁棒性：由于GKT仅使用了粗糙的投影，因此对预设的z值不敏感。