CVPR研讨会 余凯特邀报告：基于密集预测图的物体检测技术造就全球领先的ADAS系统
阐述KITTI数据集排名全球第一的DenseBox技术思想...
作为IEEE每年举办的计算机视觉和模式识别领域的顶级会议之一，CVPR（Conference on Computer Vision and Pattern Recognition）一直受到业内的极大关注。CVPR收录的各类论文、嘉宾演讲也被视为是计算机视觉和模式识别领域每年所诞生的最新成果，对引领整个人工智能产业的发展具有重要的指导意义。
在今年CVPR关于自动驾驶的研讨会上，地平线机器人技术创始人兼CEO余凯博士代表地平线参会并受邀在大会做报告，详细阐述了地平线ADAS（高级辅助驾驶系统）研发的技术路径以及阶段性成果。此次演讲还吸引到了斯坦福自动驾驶项目创始人、Google X无人驾驶项目创始负责人Sebastian Thrun等多名全球业界专家专门前来。据称Sebastian Thrun目前也在负责Larry Page投资的飞行汽车项目。下面小编就将余凯博士的演讲内容整理摘录如下，供大家参考。
2006到2012年间，我在美国NEC研究院担任部门主管(Department Head)，领导团队在深度学习、图像识别人机交互等方面的产品技术研发。2012年末我回国加入百度，创建了百度深度学习研究院（IDL），该研究院也是中国第一个人工智能实验室，在视觉、语音、搜索和广告等领域均取得了重大进展。在此期间我发起了百度的无人自动驾驶项目，这同时也是中国第一个自动驾驶项目。
2015年5月我离开百度，创建地平线机器人技术，继续人工智能领域全新的探索。地平线在其成立之初就广受关注，去年9月完成了由晨兴、高瓴、金沙江、线性资本等众多国际知名投资机构支持的种子轮融资，今年又先后获得硅谷著名风险投资家Yuri Milner、双湖投资、青云创投和祥峰投资的重量级投资。
地平线成立至今，吸引了来自百度、谷歌、华为、Facebook等国际知名公司人工智能领域的精英100余人。并且先后20余次在ImageNet、Pascal VOC等专业的视觉、语音识别检测平台上的各类测试中取得第一名。地平线的愿景是打造人工智能的“大脑”系统和平台，计划花10年时间，让世界上1000种消费电子产品，例如家居、汽车、玩具和服务机器人，具有从感知、交互、理解到决策的智能，让人工智能真正来到每个人的身边。
作为世界第一大汽车市场，中国在交通领域面临着巨大挑战。人口众多、机动车保有量不断攀升的现实状况，以及各类复杂的路况、车辆信息，使得中国的交通安全面临巨大威胁。基于严峻的现实问题，地平线集中力量，倾力打造自动驾驶技术，在该领域取得了巨大成果。针对中国特有的复杂路况，我们专门设计了高性能的物体检测算法，让单目摄像头也能做到精确的环境感知。我们使用的DenseBox算法在KITTI数据集上持续保持全球第一，虽然中间被其他算法刷过去，但是我们马上又追回来了。 今天我来给大家具体阐述一下Dense Box的技术思想。
ADAS的核心技术，即物体检测，对行驶车辆周边环境的监测，实现的途径即通过识别（Recognition）和定位（Localization）两个步骤实现。物体检测相对于物体分类来讲要困难很多。 物体检测除了需要判断物体是什么，还需要给出物体的精确位置，这本质上是个搜索问题。如果简单地去用扫描窗口判断图片所有的位置和可能物体大小，那么完成一张图的检测可能需要10^6这个数量级的分类操作——时间复杂度太高了! 从实用角度来讲，我们需要一个非常高效的检测方法。
目前的物体检测算法， 按照步骤可以可以分为两类： 1. 基于region-proposal的深度学习的物体检测算法； 2. 直接回归物体位置的检测算法。前者的典型代表就是R-CNN系列的检测算法。最初的R-CNN算法直接把检测问题分成Proposal Generation(候选区域提取)加上CNN做分类两个步骤。后来的Fast-R-CNN则进行了优化，共享了CNN分类步骤中特征提取这一操作，从而得到了好几倍的速度提升。 Faster-R-CNN则进一步优化，提出了Region Proposal Networks(RPNs)来直接生成候选区域，并且和后续的CNN 分类器共享特征， 从而使得检测速度上有了更快的提升。 Faster-R-CNN在PASCAL VOC检测数据集上，可以达到每秒几帧的速度。
不同于R-CNNs， 另一类方法尝试直接一步到位， 通过端到端的训练，直接输出物体的位置和类别， 即直接回归物体位置的检测算法。除了较早用CNN直接做检测的方法，例如overfeat，multi-box等等之外，最近比较成功的工作则是YOLO, SSD。 YOLO 和 SSD 尝试直接去输出maps, map中每个像素记录物体的类别和准确位置。 因为网络一步到位直接去回归物体的位置，所以速度会比基于region-proposal 的方法要快。 SSD在达到同等准确率的情况下， 在PASCAL VOC检测数据集上可以做到50帧每秒。
虽然R-CNNs, YOLO, SSD等通用类别的物体检测算法在PASCAL VOC 数据集上有很好的表现， 但是在现实场景中，例如智能驾驶中的车辆检测任务，它们的效果却不尽人意。以最接近智能驾驶场景的KITTI数据集为例， VOC上性能几乎可以算是最好的Faster-R-CNN，在KITTI上车辆检测的平均准确率有81.84%，只能排在准确率排行榜的第13位。
实际上， 智能驾驶场景（KITTI）和通用类别物体检测场景（PASCAL VOC等） 是有极大不同的。首先， 物体大小范围是不同的。 后一类数据集中的物体以中等以及偏大的物体居多， 物体高度通常在50像素以上； 而前者则是以中小物体居多，最小需要检测到的车辆只有25像素高， 而且车辆的大小跨度很大，小的只有25像素，大的可以超过300像素。 其次，两类数据集的遮挡情况不同。 通用物体检测数据集中，物体的遮挡情况不及KITTI数据集复杂， 这无疑给检测带来了一定的难度。 最后，两个数据集对定位的准确度要求也不一样。KITTI要求检测框与真实的框交并比达到0.7以上才算检测对，而VOC对交并比的阈值要求是0.5。 对于真实的智能驾驶场景而言，物体定位的精度要求会苛刻。在基于视觉的感知系统中， 物体的位置会直接影响到物体距离的估计，几个像素的偏差可能就会导致预测的物体距离的错误估计，对最终结果造成致命的影响。
我们提出了一种叫DenseBox(V2)的算法，能够很好地处理以上提到的问题，并且在KITTI车辆检测数据集取得第一名。算法的核心思路很简单，就是直接去回归物体的类别和位置。不同于YOLO 和 SSD, 我们的输出是密集得多的maps（或者说更高分辨率的预测图）, 从而可以精确区分和定位严重遮挡的物体。 为了得到高分辨率的预测结果，在网络中间引入了上采样层； 与此同时，为了保留图像低层的特征，保持对小物体的召回率，我们还在网络中融合了不同层的特征。为了能更好地处理检测目标的尺度，我们的网络有多个分支，可以同时检测不同大小的物体。在网络训练中，我们还使用了Hard Negative Mining的策略，能够更好地对训练样本进行筛选。
DenseBox同时是个伸缩性很强的算法，我们可以用更大的模型去取得更高的准确率，亦或是用小而快的模型，在不错的效果上优化速度。我们的大模型—DenseBox-Direwolf，目前是KITTI检测排行榜上的第一，在Easy类别的准确率远甩了其他算法，同时速度也不算慢，只需要0.5秒。第二名达到相似的性能则需要4.5秒。我们的小模型， DenseBox-Peregrine， 在K40上能达到30帧每秒的速度，同时性能比榜上比它慢几十倍的faster-R-CNN还要好。
大胆创新与兼收并蓄造就自动驾驶“雨果”平台
地平线成立一年，不断推进自动驾驶应用领域的技术研发和产品落地。今年3月首次对外发布了在真车上同时实现车辆车道线行人检测的ADAS产品原型系统，在检测跟踪方面的及时性、准确性和稳定性有目共睹。
在未来，人和汽车的交互方式将发生革命性的变化，按键或者触屏将会被淘汰，取而代之的是更为自然的交互方式。包括手势控制、自然语言命令与交流；如果你想换一个电台，听一首忽然想起来的老歌，或者需要临时更改导航目的地，你不需要冒险把视线移开，或者停车，而是像跟一位真人助理那样去用语言和手势沟通。
而这一切都依赖强大的人工智能，地平线正致力于开发完整的人工智能解决方案：包括语音识别、计算机视觉、自然语言理解，我们的目标是实现完整的认知、交互、决策、规划与控制的解决方案，与产业链上的合作伙伴深度合作研发，为汽车智能化提供创新的动力，共同创造前所未有的驾驶体验，做到真正的人车合一。
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