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為了自動駕駛安全的感知模塊處理率估計模型-Zhuyi

2022-05-21 19:23:46·  來源：計算機視覺深度學(xué)習(xí)和自動駕駛  作者：黃浴  
　
2022年5月6日arXiv上傳論文“Zhuyi: Perception Processing Rate Estimation for Safety in Autonomous Vehicles“，是哈佛大學(xué)學(xué)生在英偉達公司的實習(xí)工作。在

2022年5月6日arXiv上傳論文“Zhuyi: Perception Processing Rate Estimation for Safety in Autonomous Vehicles“，是哈佛大學(xué)學(xué)生在英偉達公司的實習(xí)工作。

圖片


在復(fù)雜場景中，自動駕駛車（AVs）對高精度感知的處理要求可能超過車載計算機提供的資源，從而降低安全性和舒適性。本文提出一種傳感器幀處理率（FPR）估計模型Zhuyi（中文意思“主意”？），在駕駛場景中該模型可以連續(xù)量化最小安全FPR。


Zhuyi可以在部署后作為在線安全檢查和對工作排列優(yōu)先。行業(yè)SOA多攝像頭AV系統(tǒng)的實驗表明，Zhuyi估計的FPR是保守的，但與測試場景中默認的30-FPR系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)只需處理相比36%或更少的幀，從而保持安全性。

僅在12攝像頭系統(tǒng)上實現(xiàn)高質(zhì)量感知處理能力，就可能超過最先進的SoC提供的資源。如圖顯示SOA模型運行感知任務(wù)的吞吐量需求，以及單個NVIDIA DRIVE AGX Xavier和NVIDIA Jetson AGX Orin SoCs提供的吞吐量。

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假設(shè)在12臺攝像頭1200x1200圖像幀運行SSD- Large目標(biāo)檢測模型，可估計每秒Tera操作數(shù)（TOPS）（運行所需來自MLPerf）。由于精確感知還需要運行其他視覺模型（例如，車道線檢測、自由空間感知、遮擋檢測），假設(shè)這些模型可以重用提取特征，那么TOPS需求會增加20%?？紤]到激光雷達、雷達以及定位和規(guī)劃算法，計算需求可能會更高。更高輸入分辨率的感知算法可能需要數(shù)倍計算量。


此外，要做的工作可能會根據(jù)場景增加。例如，最近的一項研究表明，AV周圍障礙物較高的密度會間歇性地增加計算需求。由于實時AV系統(tǒng)產(chǎn)生的計算需求可能非常高，因此為安全操作必須量化感知需求，車內(nèi)計算機要提供固定資源以確定重要任務(wù)的優(yōu)先級，并將剩余資源用于進一步提高安全性和舒適性的任務(wù)。


Zhuyi用于量化多攝像頭設(shè)置下可容忍的攝像頭處理延遲，以確保安全操作。安全操作或安全，定義為自車與周圍參與者之間沒有碰撞。基于自車和周圍參與者的當(dāng)前和未來狀態(tài)，用一個考慮碰撞可能性的運動學(xué)模型來量化安全駕駛的最大容許延遲。


最大容許延遲的倒數(shù)，是攝像機傳感器的最小幀處理速率或FPR要求。因此，與典型AV系統(tǒng)中的固定傳感器設(shè)置（例如，攝像頭30 FPR）不同，AV系統(tǒng)可以分配硬件資源來處理安全-緊要感知任務(wù)，避免做出不及時的決定或增加系統(tǒng)反應(yīng)時間。


例如，當(dāng)沒有足夠的資源來處理來自更重要傳感器的數(shù)據(jù)時，對于不太重要的攝像頭，主要感知/跟蹤不重要障礙物，其處理速度可能會設(shè)置很低，從而優(yōu)化AV系統(tǒng)，實現(xiàn)舒適性和安全性。當(dāng)硬件系統(tǒng)因操作條件或某些延遲增加而受到限制時，動態(tài)FPR調(diào)整尤為關(guān)鍵。


在AV軟件系統(tǒng)的開發(fā)階段，Zhuyi 可以驗證不同AV任務(wù)的資源分配是否足夠安全，并用來設(shè)計更有效的系統(tǒng)。AV軟件在部署前，針對不同的ODD對一組不同的駕駛場景進行測試。對于每個駕駛場景，Zhuyi可以為每個攝像頭提供最大可容忍延遲要求，以避免碰撞。


Zhuyi 也可以作為回歸測試的一部分。Zhuyi可以利用延遲估計的分析來更好地設(shè)計AV系統(tǒng)。例如，延遲邊界可以加速設(shè)計空間探索，并幫助架構(gòu)師為不同ODD發(fā)現(xiàn)新的優(yōu)化機會。

Zhuyi模型采用基于運動學(xué)的計算來估計每個參與者的處理延遲需求，并根據(jù)攝像頭的視野（FOV）聚合所有需求獲得FPR。


如圖顯示自車和其他參與者的在時刻t0和tn的位置：將世界坐標(biāo)系定義為二維俯視圖，其中

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