精通传感器融合：基于 KITTI 数据的 LiDAR 障碍物检测 — 第一部分

原文towardsdatascience.com/sensor-fusion-kitti-lidar-based-obstacle-detection-part-1-9c5f4bc8d497?sourcecollection_archive---------4-----------------------#2024-12-25如何使用 LiDAR 数据进行无监督学习的障碍物检测https://medium.com/eroltak?sourcepost_page---byline--9c5f4bc8d497--------------------------------https://towardsdatascience.com/?sourcepost_page---byline--9c5f4bc8d497-------------------------------- Erol Çıtak·发表于 Towards Data Science ·阅读时间 20 分钟 ·2024 年 12 月 25 日–传感器融合多模态感知自动驾驶车辆— 如果这些关键词引起了你的兴趣那么这篇 Medium 博客就是为你准备的。跟随我一起探索 LiDAR 和基于彩色图像的环境理解的迷人世界展示这些技术如何结合以增强障碍物检测和自动驾驶车辆的决策能力。本博客及随后的系列将深入探讨实际应用和理论见解提供一个引人入胜的阅读体验适合所有好奇的读者。在这个 Medium 博客系列中我们将分三部分来探讨 KITTI 3D 物体检测数据集 [1][3]。在第一篇文章中也就是这篇文章我们将讨论 KITTI Velodyne Lidar 传感器以及仅使用该传感器的单模态障碍物检测。在系列的第二篇文章中我们将基于单一模态方法进行彩色图像的检测研究。在系列的最后一篇文章中我们将探讨多模态物体检测也就是传感器融合。在这个过程中Lidar 和彩色图像传感器将共同工作。在我们进入主题之前有最后一点小提示我保证在整个系列中我将以基础的层次提供每个子主题的所有理论信息 但是我也会为每个子主题提供非常高质量的参考资料并且不会忘记那些想要深入了解的人。引言KITTI 或 KITTI 视觉基准测试套件是一个由卡尔斯鲁厄理工大学和丰田研究院合作创建的项目。我们可以说它是一个平台包含了许多不同的测试场景包括 2D/3D 目标检测、多目标跟踪、语义分割等。对于 3D 目标检测这是本文系列的主题数据集包含 7481 条训练数据和 7518 条测试数据数据来源于不同的传感器包括 Velodyne 激光雷达传感器和立体视觉图像传感器。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/093310bd95e8a099953e0ee4c0850ee6.png3D 目标检测的示例图像 [3]图片来自www.cvlibs.net/datasets/kitti/eval_object.php?obj_benchmark3d在这篇博文中我们将使用 Velodyne 激光雷达点云进行障碍物检测。在这个背景下利用无监督机器学习算法进行点云的读取、可视化和分割将是主要内容。除了这些我们还会讨论很多关于相机标定及其内外部参数、用于车辆路径检测的 RANSAC 算法以及在执行这些步骤时我们需要的评估指标。同时在这一系列文章中我将使用 Python 语言但不用担心我会与大家分享我使用的虚拟环境信息。这样你就可以快速搭建自己的环境。请查看 Github 仓库以获取requirements.txt文件。问题定义这篇博文的主要目标是使用无监督学习方法通过对 KITTI 数据集中由 Velodyne 激光雷达获取的点云检测环境中的障碍物。在这个范围内我将分享一个示例的激光雷达点云图像以便可视化问题。如果我们分析下面的示例点云我们可以很容易地识别出左下角的一些汽车或路上的其他物体。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/31b4f75729eac8a14edf8da70fe4eb61.png一个示例的激光雷达点云 [3]来自 KITTI 数据集为了使其更加清晰我将在图像中画一些箭头和框来表示它们。在下图中红色箭头表示汽车橙色箭头表示行人红色框表示路灯。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/a5609b489f7b3e2806d3169d93368ddf.png一个示例的激光雷达点云 [3]来自 KITTI 数据集然后你可能会好奇并问这个问题“我们是不是也可以说周围还有其他物体可能是墙壁或者树木”答案是肯定的我的答案的证明可以从与这个点云对应的彩色图像中得到。从下面的图像中可以看到现场有行人、汽车、路灯和树木。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/71fa96542279146571ee9bc73e0227d4.png一个示例的彩色图像 [3]来自 KITTI 数据集在这一视觉分析之后我们来到了一个细心读者会立刻注意到的问题。虽然激光雷达点云提供了场景的 360 度视角彩色图像却只能提供有限的场景宽度感知。接下来的博客将只考虑使用这一彩色图像进行目标检测最后一篇将尝试融合激光雷达点云和彩色图像传感器来解决这个问题***(我希望它们很快就能使用)***传感器设置接下来我们来讨论传感器及其安装等问题。KITTI 3D 目标检测数据集是通过专门改装的大众帕萨特 B6 收集的。数据记录由一台八核 i7 计算机处理该计算机配备 RAID 系统运行 Ubuntu Linux并配有实时数据库以便高效的数据管理。以下传感器用于数据采集惯性导航系统GPS/IMUOXTS RT 3003激光雷达传感器Velodyne HDL-64E灰度相机两台 Point Grey Flea 2FL2–14S3M-C每台 1.4 百万像素彩色相机两台 Point Grey Flea 2FL2–14S3C-C每台 1.4 百万像素可变焦镜头四个 Edmund Optics NT59–9174–8 毫米上述设置的可视化展示在下图中。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/9a76a762e1083e1a660dde606ddf0009.pngKITTI 数据集设置可视化 [3]图片来源KITTIVelodyne 激光雷达传感器和彩色相机安装在汽车的顶部但它们距离地面的高度和坐标不同。别担心如承诺所示我们将一步一步来。这意味着在进入本博客文章的核心算法之前我们需要先回顾一下相机标定的主题相机标定相机或更广义上的传感器以不同的方式提供了周围环境的感知输出。在这个概念中我们以 RGB 相机为例它可能是你的网络摄像头也可能是专业的数码紧凑型相机。它使用两组参数内参和外参将世界中的 3D 点投影到二维图像平面上。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/609246ec696c69c18964161d7ba54c02.png将世界中的 3D 点投影到 2D 图像平面上图片来源de.mathworks.com/help/vision/ug/camera-calibration.html外参参数描述了相机在世界坐标系中的位置和方向而内参参数则将相机坐标映射到图像坐标系中的像素坐标。在这个概念中相机的外参可以表示为一个矩阵形式为 T [R | t]其中 R 是旋转矩阵3x3t 是平移向量3x1。因此T 矩阵是一个 3x4 矩阵它将世界中的一个点映射到“相机坐标”域。另一方面相机的内参可以表示为一个 3x3 矩阵。对应的矩阵 K 可以表示如下。这里fx 和 fy 表示相机的焦距cx 和 cy 表示主点s 表示像素的偏斜度。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/4a9d8c128ffe6502e63edba0f1a8f298.png相机的内参因此任何 3D 点都可以通过以下完整相机矩阵投影到 2D 图像平面。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/dc45b8f23bdd6444edd26494941da738.png将 3D 世界点投影到图像平面所需的完整相机矩阵我知道相机标定看起来有点复杂特别是当你第一次接触时。但是我已经为你找到了一些非常好的参考资料。另外我将在接下来的章节中讲解我们问题中应用的相机标定操作。相机标定主题的参考文献— 卡内基梅隆大学https://www.cs.cmu.edu/~16385/s17/Slides/11.1_Camera_matrix.pdf— 哥伦比亚大学https://www.youtube.com/watch?vGUbWsXU1mac— 相机标定中篇文章https://yagmurcigdemaktas.medium.com/visual-perception-camera-calibration-9108f8be789数据集理解经过一些术语和所需的基础理论后现在我们可以进入问题的核心了。首先我强烈建议你从这里下载数据集[2]用于接下来的操作左侧彩色图像大小为 12GBVelodyne 点云大小为 29GB对象数据集的相机标定矩阵大小可以忽略不计训练标签大小可以忽略不计我们将要分析的数据是地面实况G.T.标签文件。G.T. 文件以 ‘.txt’ 格式呈现每个物体都用 15 个不同的字段进行标注。别担心我已经为你准备了一个详细的 G.T. 文件读取函数存放在我的 Github 仓库中具体如下。defparse_label_file(label_file_path): KITTI 3D Object Detection Label Fields: Each line in the label file corresponds to one object in the scene and contains 15 fields: 1\. Type (string): - The type of object (e.g., Car, Van, Truck, Pedestrian, Cyclist, etc.). - DontCare indicates regions to ignore during training. 2\. Truncated (float): - Value between 0 and 1 indicating how truncated the object is. - 0: Fully visible, 1: Completely truncated (partially outside the image). 3\. Occluded (integer): - Level of occlusion: 0: Fully visible. 1: Partly occluded. 2: Largely occluded. 3: Fully occluded (annotated based on prior knowledge). 4\. Alpha (float): - Observation angle of the object in the image plane, ranging from [-π, π]. - Encodes the orientation of the object relative to the camera plane. 5\. Bounding Box (4 floats): - (xmin, ymin, xmax, ymax) in pixels. - Defines the 2D bounding box in the image plane. 6\. Dimensions (3 floats): - (height, width, length) in meters. - Dimensions of the object in the 3D world. 7\. Location (3 floats): - (x, y, z) in meters. - 3D coordinates of the object center in the camera coordinate system: - x: Right, y: Down, z: Forward. 8\. Rotation_y (float): - Rotation around the Y-axis in camera coordinates, ranging from [-π, π]. - Defines the orientation of the object in 3D space. 9\. Score (float) [optional]: - Confidence score for detections (used for results, not training). Example Line: Car 0.00 0 -1.82 587.00 156.40 615.00 189.50 1.48 1.60 3.69 1.84 1.47 8.41 -1.56 Notes: - DontCare objects: Regions ignored during training and evaluation. Their bounding boxes can overlap with actual objects. - Camera coordinates: All 3D values are given relative to the camera coordinate system, with the camera at the origin. 彩色图像以文件形式呈现于文件夹中且可以轻松读取无需进一步操作。通过此操作得到的结果是训练和测试图像的数量7481 / 7518接下来我们要考虑的数据是每个场景的标定文件。像之前一样我为你准备了另一个函数用于解析标定文件具体如下。defparse_calib_file(calib_file_path): Parses a calibration file to extract and organize key transformation matrices. The calibration file contains the following data: - P0, P1, P2, P3: 3x4 projection matrices for the respective cameras. - R0: 3x3 rectification matrix for aligning data points across sensors. - Tr_velo_to_cam: 3x4 transformation matrix from the LiDAR frame to the camera frame. - Tr_imu_to_velo: 3x4 transformation matrix from the IMU frame to the LiDAR frame. Parameters: calib_file_path (str): Path to the calibration file. Returns: dict: A dictionary where each key corresponds to a calibration parameter (e.g., P0, R0) and its value is the associated 3x4 NumPy matrix. Process: 1\. Reads the calibration file line by line. 2\. Maps each line to its corresponding key (P0, P1, etc.). 3\. Extracts numerical elements, converts them to a NumPy 3x4 matrix, and stores them in a dictionary. Example: Input file line for P0: P0: 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 Output dictionary: { P0: [[1.0, 0.0, 0.0, 0.0], [0.0, 1.0, 0.0, 0.0], [0.0, 0.0, 1.0, 0.0]] } 最终数据是 Velodyne 点云格式为 ‘.bin’。在此格式中每一行点云包含 x、y、z 的位置以及反射率分数。与之前一样相应的解析函数如下所示。defread_velodyne_bin(file_path): Reads a KITTI Velodyne .bin file and returns the point cloud data as a numpy array. :param file_path: Path to the .bin file :return: Numpy array of shape (N, 4) where N is the number of points, and each point has (x, y, z, reflectivity) ### For KITTIs Velodyne LiDAR point cloud, the coordinate system used is forward-right-up (FRU). KITTI Coordinate System (FRU): X-axis (Forward): Points in the positive X direction move forward from the sensor. Y-axis (Right): Points in the positive Y direction move to the right of the sensor. Z-axis (Up): Points in the positive Z direction move upward from the sensor. ### Units: All coordinates are in meters (m). A point (10, 5, 2) means: It is 10 meters forward. 5 meters to the right. 2 meters above the sensor origin. Reflectivity: The fourth value in KITTI’s .bin files represents the reflectivity or intensity of the LiDAR laser at that point. It is unrelated to the coordinate system but adds extra context for certain tasks like segmentation or object detection. Velodyne Sensor Placement: The LiDAR sensor is mounted on a vehicle at a specific height and offset relative to the cars reference frame. The point cloud captures objects relative to the sensor’s position. 在本节结束时所有必需的文件将被加载并准备好使用。对于在本篇文章“问题定义”部分顶部展示的示例场景点云中有 122794 个点。但是由于这些信息对某些系统特别是 CPU 或 GPU 性能较低的系统来说可能较难处理我们可能希望减少点云中的点数。为了实现这一点我们可以使用“体素下采样”操作这与深度神经网络中的“池化”操作类似。大致来说它将完整的点云划分为一个等大小的体素网格并从每个体素中选择一个点。print(fPoints before downsampling:{len(sample_point_cloud.points)})sample_point_cloudsample_point_cloud.voxel_down_sample(voxel_size0.2)print(fPoints after downsampling:{len(sample_point_cloud.points)})此下采样的输出结果如下下采样前的点数122794下采样后的点数33122但是不应忽视的是减少点数可能会导致一些信息的丢失这是可以预见的。此外体素网格的大小是一个超参数选择它也非常关键。较小的体素大小会返回更多的点反之亦然。但是在进行 RANSAC 道路分割之前让我们快速回顾一下体素下采样操作。体素下采样体素下采样是一种创建下采样点云的技术。它有助于减少噪声和不必要的点。同时它通过选择的体素网格大小超参数减少了所需的计算能力。此操作的可视化可以如下展示。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/ecc3d606cb1364f65fb83effc4485c82.png体素下采样的示意图图片来源www.mdpi.com/2076-3417/14/8/3160除此之外该算法的步骤可以如下展示。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/f6eebbf332cd7806759832551cba58c7.png为了应用此功能我们将使用“open3d”库代码只需一行sample_point_cloudsample_point_cloud.voxel_down_sample(voxel_size0.2)在上述单行代码中可以观察到体素大小被设置为 0.2RANSAC下一步将是分割最大的平面即我们的道路问题。RANSAC随机采样一致性是一种迭代算法它通过随机采样数据点的子集来假设一个模型并评估其与整个数据集的拟合度。其目标是找到能够最好地解释内点的模型同时忽略离群值。尽管该算法对极端离群值具有很强的鲁棒性但在开始时需要采样n个点二维线条时 n2三维平面时 n3。然后评估该数学方程在此点集下的表现。也就是说— 起始时选择的点非常关键— 查找最佳值的迭代次数至关重要— 它可能需要一定的计算能力特别是对于大型数据集但它已成为多种不同情况的事实标准操作。所以首先让我们可视化 RANSAC 来寻找一个二维线条然后再介绍该算法的关键步骤。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/bdb851b12132c171ecc93373df50273f.pnghttps://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/e9ccf091fbab0098c74cd8a79051d028.pngRANSAC 算法的关键步骤和工作流程在回顾了 RANSAC 的概念之后现在是时候将算法应用于点云以确定最大平面这就是我们问题中的道路。# 3\. RANSAC Segmentation to identify the largest planeplane_model,inlierssample_point_cloud.segment_plane(distance_threshold0.3,ransac_n3,num_iterations150)## Identify inlier points - roadinlier_cloudsample_point_cloud.select_by_index(inliers)inlier_cloud.paint_uniform_color([0,1,1])# R, G, B format## Identify outlier points - objects on the roadoutlier_cloudsample_point_cloud.select_by_index(inliers,invertTrue)outlier_cloud.paint_uniform_color([1,0,0])# R, G, B format这个过程的输出将显示道路外部为红色且道路将被涂成绿色和蓝色的混合色。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/ed299ba9ce94bff26bece9e1afb7b4df.pngRANSAC 算法的输出图片来自 KITTI 数据集[3]DBSCAN — 一种基于密度的无参数聚类算法在这一阶段将使用 RANSAC 对分割后的道路版本进行物体检测从而检测道路外的物体。在这种情况下我们将使用无监督学习算法。然而可能会有一个问题浮现在脑海中“难道不能使用监督学习算法进行检测吗”答案既简短又明确可以然而由于我们希望通过这篇博客快速介绍问题并得到结果因此我们将继续使用 DBSCAN这是一种无监督学习领域的分割算法。如果你希望看到基于监督学习的点云物体检测算法的结果请在评论中注明。不管怎样让我们尝试回答这三个问题什么是 DBSCAN它是如何工作的需要考虑哪些超参数我们如何将其应用于这个问题DBSCAN也被称为基于密度的无参数聚类算法是一种无监督的聚类算法。尽管还有其他一些无监督聚类算法例如 K-Means但 DBSCAN 能够对形状任意的物体进行聚类而 K-Means 假设物体的形状是球形的。此外DBSCAN 最重要的特性之一是它不需要像 K-Means 算法那样预先定义或估算聚类的数量。如果你想查看一些针对特定问题如“2Moons”的优秀可视化结果可以访问这里https://www.kaggle.com/code/ahmedmohameddawoud/dbscan-vs-k-means-visualizing-the-differenceDBSCAN 的工作原理类似于我们的眼睛。这意味着它根据数据中不同组的密度做出聚类决策。它有两个不同的超参数“Epsilon”和“MinimumPoints”。最初DBSCAN 会识别核心点即在指定半径内至少有最小数量邻居minPts的点。然后从这些核心点扩展形成聚类连接所有满足密度标准的可达点。无法与任何聚类连接的点被分类为噪声。要深入了解这个算法中的“核心点”、“边界点”和“噪声点”请访问Josh Starmer,https://www.youtube.com/watch?vRDZUdRSDOokt61shttps://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/06993b7230ebdbcb4ca4979cf6964103.pngDBSCAN 算法的一个示例聚类结果对于我们的任务虽然我们可以使用 SKLearn 库中的 DBSCAN但让我们使用 open3d代码如下。# 4\. Clustering using DBSCAN - To further segment objects on the roadwitho3d.utility.VerbosityContextManager(o3d.utility.VerbosityLevel.Debug)ascm:labelsnp.array(outlier_cloud.cluster_dbscan(eps0.45,min_points10,print_progressTrue))如我们所见‘epsilon’ 被选择为 0.45‘MinPts’ 被选择为 10。简单评论一下这些。由于它们是超参数实际上没有最佳的“数值”。不幸的是这需要通过尝试和测量成功来进行调整。但别担心在阅读了本博客文章的最后一章《评估指标》后你将能够全面衡量你的算法表现。那时你就可以应用 GridSearch(参考https://www.analyticsvidhya.com/blog/2021/06/tune-hyperparameters-with-gridsearchcv/)来找到最佳的超参数组合是的然后让我可视化 DBCAN 对我们点云的输出然后我们继续下一步https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/49c147bb85328c988cd4578517547d34.pngDBSCAN 聚类算法的输出图像来自 KITTI 数据集 [3]回顾一下我们可以看到一些我最初展示并手动标记的物体在这里是分开的并且显示为不同的颜色这表明这些物体属于不同的聚类这正是应该的。G.T. 标签及其标定过程现在是分析 KITTI 3D 目标检测基准的 G.T. 标签和标定文件的时候了。在前一部分中我分享了一些关于它们的小贴士比如如何读取、如何解析等。但现在我想提一下 G.T. 物体与标定矩阵之间的关系。首先让我并排展示 G.T. 文件和标定文件的图示。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/04e7940cc9b9d1ad687b7f4b4bb56eaf.png一个 .txt 格式的示例训练标签文件如我们之前讨论的训练标签的最后一个元素表示物体围绕 y 轴的旋转。旋转元素之前的三个数字1.84、1.47 和 8.41代表物体质心在相机坐标系中的三维位置。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/4ca6a2d76848a8253ad7dbc32e718d6d.png一个 .txt 格式的示例标定文件在标定文件方面P0, P1, P2和P3是对应相机的投影矩阵。在本文中正如我们之前所指出的我们使用的是‘左侧彩色图像’即P2。此外R0_rect是用于对齐立体图像的矩阵。从它们的名称可以理解Tr_velo_to_cam和Tr_imu_to_velo是转换矩阵用于在不同坐标系之间进行转换。例如Tr_velo_to_cam是一个转换矩阵用于将 Velodyne 坐标转换为未校正的相机坐标系。在这个解释之后我真的很注意哪个矩阵或哪个标签在哪个坐标系中现在我们可以轻松地提到从 G.T.物体坐标到 Velodyne 坐标系的变换。这是一个很好的点可以帮助我们理解坐标系之间矩阵的使用并评估我们预测的边界框和 G.T.物体边界框。我们要做的第一件事是计算 G.T.物体的 3D 边界框。为此您可以访问以下代码库中的函数。defcompute_box_3d(obj,Tr_cam_to_velo): Compute the 8 corners of a 3D bounding box in Velodyne coordinates. Args: obj (dict): Object parameters (dimensions, location, rotation_y). Tr_cam_to_velo (np.ndarray): Camera to Velodyne transformation matrix. Returns: np.ndarray: Array of shape (8, 3) with the 3D box corners. 给定一个物体在相机坐标系中的尺寸height、width、length和位置x, y, z该函数首先根据物体的朝向rotation_y旋转边界框然后计算出 3D 空间中边界框的角点。这个计算是基于一种变换它使用一个能够将任何点从相机坐标系统转换到 Velodyne 坐标系统的矩阵。但是等一下我们没有相机到 Velodyne 的矩阵对吧是的我们需要首先通过取Tr_velo_to_cam矩阵的逆矩阵来计算它这个矩阵在标定文件中给出。别担心所有这些工作流都由这些函数呈现。deftransform_points(points,transformation): Apply a transformation matrix to 3D points. Args: points (np.ndarray): Nx3 array of 3D points. transformation (np.ndarray): 4x4 transformation matrix. Returns: np.ndarray: Transformed Nx3 points. definverse_rigid_trans(Tr): Inverse a rigid body transform matrix (3x4 as [R|t]) to [R|-Rt; 0|1]. Args: Tr (np.ndarray): 4x4 transformation matrix. Returns: np.ndarray: Inverted 4x4 transformation matrix. 最后我们可以轻松地看到 G.T.物体并将它们投影到 Velodyne 点云坐标系中。现在让我们可视化输出结果然后进入评估部分https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/fbaed431d6042557ca876c4ad2910dfd.png投影后的 G.T.物体边界框图片来自 KITTI 数据集[3]我知道绿色边框可能有点难以看清所以我在它们旁边加上了黑色的箭头。评估指标现在我们有了通过我们的管道预测的边界框和 G.T.物体框接下来我们来计算一些指标评估我们的管道。为了执行我们之前讨论的超参数优化我们必须能够持续监控每个参数组的性能。但在进入评估指标之前我需要提到两件事。首先KITTI 对不同物体有不同的评估标准。例如对于行人标签与 G.T.之间 50%的匹配度就足够了而对于车辆则是 70%。另一个问题是尽管我们创建的管道在 360 度环境中执行物体检测但 KITTI 的 G.T.标签仅包括在彩色相机视角内的物体标签值。因此我们可以检测到比 G.T.标签文件中呈现的更多边界框。那么该怎么办呢基于我在这里要讲的概念您可以通过仔细分析 KITTI 的评估标准来得出最终结果。但现在我不会在这一部分做更详细的分析而是会在这篇 Medium 博客系列的后续文章中进行。为了评估预测的边界框和 G.T.边界框我们将使用 TP、FP 和 FN 指标。TP 代表与真实边界框匹配的预测框FP 代表与任何真实边界框都不匹配的预测框FN 则表示没有与真实边界框对应的预测边界框的情况。在这种情况下我们当然需要找到一个工具来衡量预测的边界框与真实边界框的匹配度。我们工具的名称是 IOU即交并比。你可以通过以下方式轻松访问 IOU 和评估功能。defcompute_iou(box1,box2): Calculate the Intersection over Union (IoU) between two bounding boxes. :param box1: open3d.cpu.pybind.geometry.AxisAlignedBoundingBox object for the first box :param box2: open3d.cpu.pybind.geometry.AxisAlignedBoundingBox object for the second box :return: IoU value (float) # Function to evaluate metrics (TP, FP, FN)defevaluate_metrics(ground_truth_boxes,predicted_boxes,iou_threshold0.5): Evaluate True Positives (TP), False Positives (FP), and False Negatives (FN). :param ground_truth_boxes: List of AxisAlignedBoundingBox objects for ground truth :param predicted_boxes: List of AxisAlignedBoundingBox objects for predictions :param iou_threshold: IoU threshold for a match :return: TP, FP, FN counts 让我通过在点云上给出预测的边界框红色和真实边界框绿色来总结这一部分内容。https://github.com/OpenDocCN/towardsdatascience-blog-zh-2024/raw/master/docs/img/35cd707ba8068c92b4b7499567027efb.png预测的边界框和真实边界框一起显示在点云上图像来源于 KITTI 数据集[3]结论是的虽然有点长但我们快要完成了。首先我们已经学到了关于 KITTI 3D 目标检测基准的一些知识以及一些与不同主题相关的术语如相机坐标系统和无监督学习等。现在有兴趣的读者可以通过添加网格搜索来扩展本研究以找到最佳的超参数元素。例如分割中的最小点数或者可能是 RANSAC 的迭代次数或者体素下采样操作中的体素网格大小所有这些都是潜在的改进点。接下来是什么下一部分将研究仅在左侧彩色相机帧上的目标检测。这是本系列的另一个基础步骤因为我们将在本博客系列的最后部分融合激光雷达点云和彩色相机帧。然后我们将能够得出结论并回答这个问题“传感器融合是否减少了不确定性并提高了 KITTI 3D 目标检测基准的性能”欢迎任何评论、错误修复或改进感谢大家祝你们健康Github 链接:github.com/ErolCitak/KITTI-Sensor-Fusion/tree/main/lidar_based_obstacle_detection参考文献[1] —www.cvlibs.net/datasets/kitti/[2] —www.cvlibs.net/datasets/kitti/eval_object.php?obj_benchmark3d[3] — Geiger, Andreas, 等. “Vision meets robotics: The kitti dataset.”国际机器人研究杂志32.11 (2013): 1231–1237.免责声明本系列博客中使用的图像来自 KITTI 数据集旨在用于教育和研究。如果你希望将其用于类似的目的必须访问相关网站批准在那里规定的用途并按照基准创建者定义的引用格式使用。对于立体视觉 2012光流 2012里程计物体检测或跟踪基准请引用inproceedings{Geiger2012CVPR,author {Andreas Geiger 和 Philip Lenz 和 Raquel Urtasun},title {我们准备好迎接自动驾驶了吗KITTI 视觉基准套件},booktitle {计算机视觉与模式识别会议CVPR},year {2012}}对于原始数据集请引用article{Geiger2013IJRR,author {Andreas Geiger 和 Philip Lenz 和 Christoph Stiller 和 Raquel Urtasun},title {视觉与机器人学相遇KITTI 数据集},journal {国际机器人研究杂志IJRR},year {2013}}对于道路基准请引用inproceedings{Fritsch2013ITSC,author {Jannik Fritsch 和 Tobias Kuehnl 和 Andreas Geiger},title {一种新的性能度量和道路检测算法评估基准},booktitle {国际智能交通系统会议ITSC},year {2013}}对于立体视觉 2015光流 2015和场景流 2015 基准请引用inproceedings{Menze2015CVPR,author {Moritz Menze 和 Andreas Geiger},title {自动驾驶车辆的物体场景流},booktitle {计算机视觉与模式识别会议CVPR},year {2015}}