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2023 年 06 月 27 日 星期 放大 缩小 默认 
科普中国
空无一人的野外出现多个人影
车载传感器为何出现识别偏差

张弛

  传感器帮助驾驶员感知车辆附近情况。新华社记者 牟宇 摄

  近日,有人开车行驶到野外时发现车内屏幕显示周围有十几个行人,而他却发现周围空无一人。此消息引发了人们的激烈讨论。

  之后有专业人士表示,该汽车的传感器采用的是激光雷达和视觉摄像头融合感知,受限于当前市场传感器识别能力的局限性,出现了识别偏差。

  那么,不同厂家使用的传感器性能相当,是否在同样情况下也会出现多个人影呢?多个人影背后的原因是什么?如何才能解决?

  不同的传感器在功能上有什么不同

  现在用于辅助驾驶的车载传感器主要有三种,分别是视觉摄像头、毫米波雷达和激光雷达。

  视觉摄像头类似于人的眼睛,善于识别物体的形状和颜色,但不具备测距能力,夜晚的识别能力会大幅下降。

  毫米波雷达对目标的位置和速度非常敏感,而且抗干扰能力很强,对烟雾和尘埃穿透能力很好,但它对目标的形状和性质的感知能力较差。

  激光雷达的测距能力强,多线激光雷达还可以描绘目标的轮廓。但它不能区分颜色,而且受烟雾和尘埃的影响很大。

  3种传感器的原理和能力各不相同,分别适用于不同的场景,各有优势和短板。将三种传感器采集到的信息进行整合,取长补短,发挥“1+1+13”的优势,这叫作“多传感器信息融合”,是一门非常高深的信息技术。

  白天多依赖视觉传感器,雾霾天多依赖毫米波雷达,晚上多依赖激光雷达,这种定性说法很好理解,但如何对环境进行定量分析,三种信息的置信度和权值该如何确定,是一个很复杂的系统工程。

  比如,当我们只戴一块手表,看时间就不会有问题,如果我们同时戴3块手表,对于时间的概念就会产生混乱。但有人精通3块手表的误差特性,通过补差校准后,能得出比戴任何一块表都更精准的时间。

  但是,如果补差校准(即多传感器信息融合)的方法不对,把3块表的时间进行一番加减乘除,就可能得出一个远离正确时间的数据。

  为什么车载电脑会显示多个人影

  用3部雷达观测同一批空情目标,会得到3个不同的航迹,这就需要用很复杂的技术方法进行航迹融合。融合好了,航迹精度会比单部雷达高,融合不好,航迹精度反而比单部雷达低。

  所以说,并不是传感器越多精度就越高,“多传感器信息融合”的能力才是关键,如果能力不够,效果反而更糟。

  从长远看,汽车的多传感器信息融合是必然趋势,但现阶段的能力还有待观察。

  当前市场传感器的性能是一致的,激光雷达和视觉摄像头融合感知也是各厂家的普遍做法。如果其他厂家的传感器在相同场景中也感知到多个人影的话,那问题就出在了“多传感器信息融合”方面,而不是传感器性能本身。

  通过传感器识别车外目标,并通过车载电脑显示出来,这需要对车外目标进行模式识别,“模式识别”是人工智能的重要内容,也是近年来很热门的研究方向。

  车外环境目标大体有六种,分别为卡车、大客车、小客车、摩托车、自行车和行人。

  如果传感器的探测规则是:高度1~2.5米,宽度小于1米,速度小于2米/秒,就判定为行人,而不是卡车等其他五种目标。

  这是一个很合理的模式识别方法,但样本只有6个,空间实在是太小了。如果按照上述的规则,路边的垃圾桶也会被显示成行人。

  好比是一个人只见过苹果和香蕉,你给他橘子、鸭梨、石榴,他都会判定为苹果。很明显,这次事件中被判定为人影的物体并没有被该厂家纳入样本空间。

  除了样本空间要大,还要增加一个“负逻辑”。

  以行人为例,不仅要有符合哪些标准就可以判定为行人的正逻辑,还要有符合哪些标准就可以判定不是行人的负逻辑。

  例如,路边有个塑料的衣服模特,高度、宽度、速度都符合行人标准,但它没有头,就可以判定它不是行人。没头的就不是行人,这就是一条很重要的负逻辑。

  如何提高传感器的准确度

  既然我们知道了传感器的工作原理,那该如何改进呢?

  简单来说,提高传感器的灵敏度需要提高判决阈值,即在原有基础上,缩小判定为行人的数值范围,路边的其他物体就不会被显示成行人了,但有些正常行人就会显示不出来了。

  这就是通过提高“漏报率”的方法来降低“误报率”,本质就是拆东墙补西墙,这种简单方法不是正路。

  其次,就是不断提高“多目标信息融合”和“模式识别”的能力,不断增加样本空间,不断充实正负逻辑,从而从根本上提升目标识别的能力。

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