跳转至

传感器融合

1. 开篇介绍

自动驾驶系统依赖多种传感器来感知周围环境,包括激光雷达(LiDAR)、摄像头(Camera)、毫米波雷达(Radar)以及超声波传感器(Ultrasonic)。然而,单一传感器在面对真实世界复杂场景时往往存在明显的局限性:LiDAR 在雨雾天气下点云质量急剧下降;摄像头在夜间或强逆光条件下几乎失效;毫米波雷达虽然在极端天气下表现稳健,但分辨率低、无法提供语义信息;超声波传感器探测距离极短,仅适用于低速泊车场景。

传感器融合(Sensor Fusion) 的核心思想是将来自多个传感器的信息有机结合,使得系统能够获得比任何单一传感器更加完整、可靠的环境感知能力。通过融合,可以有效解决"感知盲区"问题——即单个传感器因物理原理、天气条件、遮挡关系等因素导致的感知失效区域。

多传感器融合是自动驾驶系统实现高可靠性的基础技术之一,也是 L3 级及以上自动驾驶系统的功能安全(Functional Safety)要求中明确规定的技术手段。


2. 为什么需要传感器融合

2.1 各传感器的优缺点分析

下表总结了主流传感器在不同场景下的表现:

场景 / 传感器 LiDAR 摄像头 (Camera) 毫米波雷达 (Radar) 超声波 (Ultrasonic)
正常天气白天 优秀 优秀 良好 仅近距离
雨天 较差(水滴散射) 较差(雨滴遮挡) 优秀 受影响较小
浓雾天气 差(激光散射严重) 差 优秀 较差
夜间弱光 优秀(主动发射) 差(依赖外部光源) 优秀 不受影响
遮挡场景 较差(无法穿透) 差 一定穿透能力 差
测距精度 极高(厘米级) 差(需额外算法) 良好(分米级) 较高(近距离)
语义理解 无 极强 无 无
速度测量 需多帧估计 需光流算法 直接测量(多普勒) 无
成本 高 低 中 低
分辨率 中(线束数决定) 高 低(角分辨率差) 低

2.2 互补性原则

不同传感器在物理原理上天然互补,融合后可以形成"1+1>2"的效果:

  • LiDAR + Camera:LiDAR 提供精确的三维空间坐标和距离信息,但没有颜色和纹理语义;Camera 提供丰富的颜色、纹理、语义信息,但无法直接获得精确深度。两者融合可以实现带语义的精确三维感知。
  • LiDAR + Radar:LiDAR 提供精确点云形状,Radar 提供直接速度测量(多普勒效应)和极端天气下的稳定性,融合后在恶劣天气下仍能保持较好的目标检测与速度估计能力。
  • Camera + Radar:成本最低的融合方案,Radar 补充深度和速度信息,Camera 提供语义,常见于 ADAS 系统(如特斯拉早期方案)。

2.3 冗余性原则

除互补性外,多传感器还提供了系统级冗余:

当任意一个传感器发生故障、遮挡或信号质量下降时,系统可以降级运行(Graceful Degradation),依靠其他传感器维持基本感知能力,而不是完全失效。这对于满足 ISO 26262 功能安全标准至关重要。

例如,当 LiDAR 因强日光干扰或雨水积尘导致点云质量下降时,Radar 和 Camera 的融合结果可以保证系统继续以较低速度安全行驶,直到 LiDAR 恢复正常工作。


3. 融合层次(Fusion Levels)

根据融合发生的信息层次,传感器融合可以分为三个主要层次:

3.1 早期融合(Early Fusion / Raw Data Fusion)

定义:将各传感器的原始数据在处理管线最前端直接融合,之后送入统一的感知算法进行处理。

典型实现:将激光雷达点云与摄像头图像进行像素级对齐——将点云投影到图像平面,为每个像素赋予深度值;或反向将图像特征提升到三维点云空间。

优点: - 信息损失最小,保留了所有原始传感器信息 - 模型可以从融合后的原始数据中学习更丰富的跨模态特征

缺点: - 对传感器标定精度要求极高(亚毫米级外参误差会导致对齐偏差) - 计算量巨大,对实时处理系统压力较大 - 一个传感器故障可能影响整个感知流程

3.2 中期融合(Middle Fusion / Feature Fusion)

定义:各传感器独立提取特征后,在特征空间进行融合,再送入下游检测/分割头。

典型实现:各传感器分别提取 BEV(Bird's Eye View,鸟瞰视角)特征图,然后在 BEV 空间进行通道维度拼接(Concatenation)或注意力融合。

优点: - 在精度与计算效率之间取得较好平衡 - 各传感器特征提取可以并行进行,适合多核/多加速器架构 - 目前学术界和工业界主流的融合方案

缺点: - 特征对齐需要良好的 BEV 投影方法(LSS、BEVFormer、GKT 等) - 异构特征(点云稀疏特征 vs. 图像稠密特征)融合存在模态间鸿沟

3.3 晚期融合(Late Fusion / Object-Level Fusion)

定义:各传感器独立完成检测,输出目标列表(Bounding Box + 属性),再在目标级别进行关联与融合。

典型实现:LiDAR 检测器输出 3D 检测框,Camera 检测器输出 2D 检测框,通过投影关系或特征距离进行匹配,合并得到最终目标列表。

优点: - 实现简单,各传感器感知模块相互独立,易于维护和升级 - 单个传感器故障不影响其他传感器的检测结果 - 工程落地成熟度高

缺点: - 在目标级融合前已损失大量原始特征信息 - 对困难目标(遮挡、小目标)的融合效果有限 - 多次独立检测存在重复计算

3.4 三级融合对比

融合层次 信息损失 计算量 容错性 实现难度 代表方法
早期融合 最小 最大 较低 高 PointPainting, MVX-Net
中期融合 中等 中等 中等 中高 BEVFusion, TransFusion
晚期融合 最大 最小 最高 低 CenterFusion(部分), 传统 ADAS

4. 经典卡尔曼滤波融合

卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)是传感器融合领域最经典的数学工具,广泛用于目标状态估计与多传感器数据融合。

4.1 状态向量定义

对于一个在二维平面运动的目标,定义状态向量为:

\[\mathbf{x} = [x, y, v_x, v_y]^T\]

其中 \(x, y\) 为目标位置,\(v_x, v_y\) 为目标速度。若需要更精确的建模,可以扩展为:

\[\mathbf{x} = [x, y, z, v_x, v_y, v_z, a_x, a_y]^T\]

4.2 预测步骤(Prediction)

给定状态转移矩阵 \(\mathbf{F}\)(基于匀速运动模型)和过程噪声协方差矩阵 \(\mathbf{Q}\),预测下一时刻的状态均值与协方差:

\[\hat{\mathbf{x}}_{k|k-1} = \mathbf{F}\hat{\mathbf{x}}_{k-1|k-1}\]
\[\mathbf{P}_{k|k-1} = \mathbf{F}\mathbf{P}_{k-1|k-1}\mathbf{F}^T + \mathbf{Q}\]

对于匀速运动模型,状态转移矩阵为:

\[\mathbf{F} = \begin{bmatrix} 1 & 0 & \Delta t & 0 \\ 0 & 1 & 0 & \Delta t \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}\]

4.3 更新步骤(Update)

收到传感器观测值 \(\mathbf{z}_k\) 后,计算卡尔曼增益(Kalman Gain):

\[\mathbf{K}_k = \mathbf{P}_{k|k-1}\mathbf{H}^T\left(\mathbf{H}\mathbf{P}_{k|k-1}\mathbf{H}^T + \mathbf{R}\right)^{-1}\]

其中 \(\mathbf{H}\) 为观测矩阵,\(\mathbf{R}\) 为观测噪声协方差矩阵。

状态更新:

\[\hat{\mathbf{x}}_{k|k} = \hat{\mathbf{x}}_{k|k-1} + \mathbf{K}_k\left(\mathbf{z}_k - \mathbf{H}\hat{\mathbf{x}}_{k|k-1}\right)\]

协方差更新:

\[\mathbf{P}_{k|k} = (\mathbf{I} - \mathbf{K}_k\mathbf{H})\mathbf{P}_{k|k-1}\]

创新量(Innovation)\(\mathbf{z}_k - \mathbf{H}\hat{\mathbf{x}}_{k|k-1}\) 衡量了观测值与预测值之间的差异,卡尔曼增益 \(\mathbf{K}_k\) 决定了对观测值的信任程度——当 \(\mathbf{R}\) 很小(传感器很精确)时,\(\mathbf{K}_k\) 较大,更新步骤更倾向于信任观测值。

4.4 扩展卡尔曼滤波(EKF)

标准卡尔曼滤波假设系统是线性的,但实际运动模型(如雷达的极坐标观测)往往是非线性的。扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter, EKF) 通过在当前估计点处进行一阶泰勒展开线性化来处理非线性问题:

对于非线性状态方程 \(\mathbf{x}_k = f(\mathbf{x}_{k-1}) + \mathbf{w}\) 和观测方程 \(\mathbf{z}_k = h(\mathbf{x}_k) + \mathbf{v}\),EKF 使用雅可比矩阵(Jacobian Matrix)代替线性系统中的 \(\mathbf{F}\) 和 \(\mathbf{H}\):

\[\mathbf{F}_k = \left.\frac{\partial f}{\partial \mathbf{x}}\right|_{\hat{\mathbf{x}}_{k-1|k-1}}, \quad \mathbf{H}_k = \left.\frac{\partial h}{\partial \mathbf{x}}\right|_{\hat{\mathbf{x}}_{k|k-1}}\]

EKF 广泛用于 LiDAR-IMU 融合(如 LOAM 类方法)和雷达-GPS 融合定位系统中。

4.5 无迹卡尔曼滤波(UKF)

EKF 的线性化会引入截断误差,在高度非线性系统中精度较差。无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF) 采用确定性采样策略,通过一组精心选取的 Sigma 点 来捕捉状态分布的统计特性,无需计算雅可比矩阵:

对于 \(n\) 维状态向量,选取 \(2n+1\) 个 Sigma 点:

\[\boldsymbol{\sigma}_0 = \hat{\mathbf{x}}, \quad \boldsymbol{\sigma}_i = \hat{\mathbf{x}} + \left(\sqrt{(n+\lambda)\mathbf{P}}\right)_i, \quad \boldsymbol{\sigma}_{n+i} = \hat{\mathbf{x}} - \left(\sqrt{(n+\lambda)\mathbf{P}}\right)_i\]

将每个 Sigma 点通过非线性函数传播,加权求和得到均值和协方差的近似。UKF 能达到三阶精度(对高斯分布),比 EKF 的一阶精度更准确,且避免了雅可比矩阵的计算。


5. 占用栅格地图融合(Occupancy Grid)

占用栅格地图(Occupancy Grid Map)将环境离散化为均匀的栅格,每个栅格存储被障碍物占据的概率,是多传感器融合感知的重要表达形式。

5.1 Dempster-Shafer 证据理论

Dempster-Shafer(DS)证据理论是一种处理不确定性和不完整信息的框架,适用于多传感器融合场景。对于每个栅格,定义三种状态:

  • 占据(Occupied):栅格被障碍物占据
  • 空闲(Free):栅格是自由可通行区域
  • 未知(Unknown):信息不足,无法判断

DS 理论使用以下量描述传感器的信念:

  • 信念函数(Belief):\(Bel(A)\),对命题 \(A\) 成立的最小确信度
  • 似真函数(Plausibility):\(Pl(A)\),对命题 \(A\) 成立的最大可能性
  • 不确定性(Uncertainty):\(Pl(A) - Bel(A)\),表示信息的模糊程度

多个传感器的证据通过 DS 组合规则(Dempster's Rule of Combination)融合。

5.2 贝叶斯更新

更常见的实现采用贝叶斯概率更新方式。对于每个栅格,维护其被占据的后验概率,在收到新的传感器观测 \(z_t\) 时进行贝叶斯更新:

\[P(occ \mid z_{1:t}) \propto P(z_t \mid occ) \cdot P(occ \mid z_{1:t-1})\]

为了计算效率,通常使用对数奇数比(Log-Odds)形式:

\[l_t = l_{t-1} + \log\frac{P(z_t \mid occ)}{P(z_t \mid free)}\]

对数奇数比的加法操作比概率乘法在数值上更稳定,且避免了概率趋近于 0 或 1 时的数值问题。

5.3 动态占用栅格(DOGMa)

经典占用栅格假设环境是静态的,无法处理动态障碍物。动态占用栅格(Dynamic Occupancy Grid Map, DOGMa) 为每个栅格引入速度状态,通过粒子滤波或卡尔曼滤波追踪栅格的动态变化:

每个栅格维护一个粒子集合 \(\{(\mathbf{x}_i, \mathbf{v}_i, w_i)\}\),表示可能存在于该位置的目标的位置、速度和权重。通过时序更新和多传感器测量更新,可以同时估计静态环境结构和动态目标的速度场。

5.4 多传感器联合概率地图更新

当有多个传感器同时提供观测时,可以进行联合更新:

\[l_t = l_{t-1} + \sum_{s \in \mathcal{S}} \log\frac{P(z_t^{(s)} \mid occ)}{P(z_t^{(s)} \mid free)}\]

其中 \(\mathcal{S}\) 为所有传感器的集合。这要求各传感器的传感器模型(Sensor Model)准确描述其在占据和空闲栅格下产生观测的概率分布。


6. 基于深度学习的融合

近年来,深度学习方法极大地推动了传感器融合技术的发展,涌现出一批性能卓越的多模态融合网络。

6.1 BEVFusion(MIT / 北京大学)

BEVFusion 是目前影响力最大的多模态融合框架之一,核心思想是将所有传感器的特征统一变换到 BEV(Bird's Eye View)空间后进行融合:

  1. LiDAR 分支:使用 VoxelNet 类方法将点云体素化并提取 BEV 特征
  2. Camera 分支:使用视锥变换(Lift-Splat-Shoot,LSS)将图像特征提升到 BEV 空间
  3. BEV 特征融合:对 LiDAR BEV 和 Camera BEV 特征进行通道维度拼接(Concatenation),再通过卷积层融合
  4. 多任务输出头:同时输出 3D 目标检测、BEV 语义分割等任务结果

BEVFusion 在 nuScenes 数据集上大幅超越了此前的单模态和融合方法,尤其是对于骑行者、行人等小目标的检测性能提升显著。

6.2 TransFusion(香港大学)

TransFusion 引入 Transformer 架构实现跨模态注意力融合:

  1. 以 LiDAR 检测框作为查询(Query),初始化目标候选
  2. 利用 Transformer 的交叉注意力(Cross-Attention)机制,从图像特征(Key/Value) 中提取与每个候选目标相关的语义信息
  3. 通过位置编码(Positional Encoding)建立 LiDAR 空间位置与图像特征位置的对应关系

这种设计使得图像特征能够精确地补充 LiDAR 对应区域的颜色和纹理信息,对于提升远距离目标的分类精度尤为有效。

6.3 FUTR3D

FUTR3D 提出了一个统一的多传感器融合查询框架,支持 Camera、LiDAR、Radar 的任意组合输入:

  • 核心是一个模态无关的特征采样模块,无论输入何种传感器组合,均通过统一的可变形注意力(Deformable Attention)从各模态特征中采样
  • 这使得同一套模型可以在不同传感器配置下运行(例如测试阶段某传感器不可用时),具有良好的鲁棒性

6.4 CenterFusion

CenterFusion 基于 CenterPoint 检测框架,设计了一套雷达-相机融合流程:

  1. 使用 CenterPoint 在图像上检测目标中心点,生成 2D 检测结果
  2. 通过将毫米波雷达点云投影到图像平面,与 2D 检测中心点进行关联
  3. 将关联成功的雷达点的深度和速度信息作为额外特征,增强目标属性估计

CenterFusion 在低成本传感器方案(无 LiDAR)下表现出色,适合量产 ADAS 系统。

6.5 跨模态特征投影

深度学习融合方法中常用的两种特征投影方向:

图像特征投影到 LiDAR 空间(深度补全):

通过稀疏 LiDAR 点云提供深度先验,结合图像上下文信息,使用深度补全网络(Depth Completion)将稀疏深度图补全为稠密深度图,从而将图像像素提升到三维空间。常见方法包括 S-D Fusion、NLSPN 等。

点云投影到图像空间(深度先验):

将 LiDAR 点云通过已知的相机内外参数投影到图像平面,生成深度先验图(Depth Prior Map)。图像特征提取网络可以利用这一先验获得更精确的深度感知能力,常见于 PointPainting、DeepFusion 等方法。


7. 时序融合(Temporal Fusion)

单帧传感器数据往往存在遮挡、稀疏等问题,利用时序信息进行融合可以显著提升感知质量。

7.1 多帧点云累积

将相邻多帧的 LiDAR 点云在补偿自车运动后叠加,可以有效增加点云密度:

\[\mathcal{P}_{acc} = \bigcup_{t=T-N+1}^{T} \mathbf{T}_{ego}^{t \to T} \cdot \mathcal{P}_t\]

其中 \(\mathbf{T}_{ego}^{t \to T}\) 为从时刻 \(t\) 到当前时刻 \(T\) 的自车运动变换矩阵(由 IMU/轮速计/GNSS 估计)。

多帧累积后,原本稀疏的远距离点云变得更加稠密,对于 pedestrian(行人)等小目标的检测效果提升尤为明显。但对高速运动目标,需要精确的目标级运动补偿,否则会产生"鬼影"(Ghost Points)。

7.2 BEV 特征时序融合

BEVFormer 引入时间自注意力(Temporal Self-Attention),将历史帧的 BEV 特征与当前帧对齐融合:

  1. 将历史 BEV 特征根据自车运动进行空间对齐(Spatial Alignment)
  2. 通过可变形注意力从历史 BEV 特征中查询与当前 BEV 位置相关的信息
  3. 将时序信息与当前帧特征融合,使得模型对被遮挡物体仍有"记忆"

时序融合使得纯视觉方案(Pure Camera)在速度估计和遮挡目标检测上的性能大幅提升。

7.3 障碍物历史轨迹融合

在目标追踪层面,卡尔曼追踪器为每个目标维护历史轨迹,并通过预测步骤填充短暂的检测缺失(如遮挡帧)。历史轨迹信息还可以:

  • 提供速度和加速度的平滑估计,减少单帧噪声影响
  • 预测目标的未来位置,支持后续路径规划模块

7.4 时序融合解决的核心问题

问题 时序融合解决方案
单帧遮挡(瞬间被其他物体遮挡) 历史帧信息 + 预测填充
稀疏点云(远距离 LiDAR 点极少) 多帧点云累积增密
速度估计噪声大 卡尔曼滤波平滑
纯视觉深度模糊 BEV 时序特征融合
夜间弱纹理场景 历史高质量帧特征复用

8. 目标级融合与多目标追踪(MOT)

8.1 检测-追踪关联(匈牙利算法)

多目标追踪(Multi-Object Tracking, MOT)的核心任务是将当前帧的新检测结果与已有追踪轨迹进行关联(Data Association)。最经典的方法是匈牙利算法(Hungarian Algorithm),它求解最小代价二分图匹配问题。

构造代价矩阵 \(\mathbf{C}\),其中每个元素衡量第 \(i\) 个检测结果与第 \(j\) 条追踪轨迹之间的关联代价:

\[\mathbf{C}_{ij} = 1 - IoU(det_i, track_j)\]

对于三维目标追踪,常使用 3D IoU 或中心点距离作为代价度量。匈牙利算法以 \(O(n^3)\) 时间复杂度求解全局最优匹配,返回检测-追踪对的一一对应关系。

8.2 代价度量方法

不同的代价矩阵计算方式适用于不同场景:

  • IoU(Intersection over Union):\(IoU = \frac{|A \cap B|}{|A \cup B|}\),适用于目标不重叠、尺寸相近的场景
  • GIoU(Generalized IoU):\(GIoU = IoU - \frac{|C \setminus (A \cup B)|}{|C|}\),处理无重叠框时的梯度消失问题,\(C\) 为最小包围框
  • 中心点距离(Mahalanobis Distance):考虑追踪器预测不确定性的距离度量,适用于预测框与检测框位置偏移较大的场景
  • 外观特征距离(ReID Distance):利用目标外观嵌入向量的余弦距离,用于长时遮挡后的重识别

8.3 跨传感器检测结果关联

当 LiDAR 和 Camera 各自独立输出检测结果时,需要将两个检测列表进行关联:

  1. 投影关联:将 LiDAR 3D 检测框投影到图像平面,计算与 Camera 2D 检测框的 2D IoU
  2. 空间距离关联:使用 Camera 单目深度估计将 2D 检测框提升到 3D,计算 3D 距离
  3. 特征距离关联:利用多模态特征网络提取统一的目标嵌入,计算特征相似度

8.4 追踪器状态管理

每条追踪轨迹的生命周期管理:

  • 新建(Birth):检测结果无法与任何现有轨迹匹配,新建一条"待确认"(Tentative)轨迹
  • 确认(Confirmed):轨迹连续若干帧都有匹配检测结果,升级为"确认"(Confirmed)状态,开始输出
  • 更新(Update):已确认轨迹与检测成功匹配,使用卡尔曼滤波更新状态
  • 预测(Predict):轨迹在当前帧未能匹配,使用卡尔曼预测维持状态,进入"丢失"(Lost)状态
  • 删除(Delete):轨迹连续若干帧未能匹配,超过最大丢失帧数,删除轨迹

8.5 主流开源追踪器

追踪器 特点 适用场景
AB3DMOT 简洁的 3D 卡尔曼 + 匈牙利算法框架 离线评测基线
SimpleTrack 统一 3D MOT 框架,支持多数据集 快速验证
CasTrack 级联匹配策略(高/低置信度分层匹配) 高遮挡场景
ImmortalTracker 长时追踪,抗长时遮挡 城市复杂场景
StrongSORT 集成 ReID 和运动模型的增强版 DeepSORT 行人追踪

9. 融合系统标定

传感器融合的基础是精确的外参标定(Extrinsic Calibration),即确定不同传感器坐标系之间的变换关系(旋转矩阵 \(\mathbf{R}\) 和平移向量 \(\mathbf{t}\))。标定误差直接影响融合精度,是工程落地中最关键的环节之一。

9.1 相机-LiDAR 外参标定

基于棋盘格的联合标定是最常见的相机-LiDAR 外参标定方法:

  1. 在场景中放置棋盘格标定板,从多个位置和角度采集数据
  2. 在图像中提取棋盘格角点(像素坐标),使用 cv2.findChessboardCorners
  3. 在点云中提取标定板平面(通过平面拟合),确定棋盘格在三维空间中的位置
  4. 通过最小化点云平面上的点到图像投影对应点的重投影误差,求解外参矩阵

优化目标:

\[\min_{\mathbf{R}, \mathbf{t}} \sum_{i} \left\| \mathbf{p}_i^{cam} - \pi\left(\mathbf{R} \mathbf{p}_i^{lidar} + \mathbf{t}\right) \right\|^2\]

其中 \(\pi(\cdot)\) 为相机投影函数,\(\mathbf{p}_i^{cam}\) 和 \(\mathbf{p}_i^{lidar}\) 为对应点的图像和 LiDAR 坐标。

9.2 相机-Radar 标定

毫米波雷达的角分辨率低,无法直接提取几何特征,通常采用目标级联合标定:

  1. 使用强反射角反射器(Corner Reflector)作为标定目标,其在雷达和摄像头中均易于识别
  2. 在不同位置采集雷达点(距离、方位角)和图像目标位置的对应数据
  3. 通过最小化投影误差求解外参

9.3 时间同步

时间同步(Time Synchronization)是多传感器融合中常被忽视但至关重要的因素:

  • 硬触发(Hardware Trigger):通过硬件电路同步信号(如 GPIO 脉冲)同时触发多个传感器采集,时间对齐精度可达微秒级。常见于高端自动驾驶研究平台。
  • PTP(Precision Time Protocol, IEEE 1588):通过以太网协议对多设备的系统时钟进行对齐,典型精度为亚毫秒级,适合车载以太网架构。
  • GPS/GNSS 授时:利用 GPS 信号提供的 PPS(Pulse Per Second)信号作为时间基准,驱动各传感器的时钟同步,精度可达纳秒级。
  • 软件时间戳插值:当硬件同步无法实现时,记录各传感器的软件时间戳,在数据处理时根据时间戳差值进行插值对齐,精度较低(毫秒级),在高速场景下会引入显著的位置对齐误差。

对于以 \(v = 30 \text{ m/s}\)(约 108 km/h)行驶的车辆,\(10 \text{ ms}\) 的时间同步误差会导致约 30 cm 的目标位置偏差,因此精确的时间同步对融合精度至关重要。

9.4 在线标定(Online Calibration)

受温度变化、车辆振动、传感器老化等因素影响,传感器外参在使用过程中会发生漂移。在线标定(Online Calibration) 旨在车辆行驶过程中持续监测和修正外参:

  • 基于运动估计的在线标定:分别估计各传感器坐标系下的自车运动,通过最小化多传感器运动估计的不一致性来修正外参
  • 基于特征对应的在线标定:在正常行驶过程中持续提取环境特征(如车道线、路边建筑物角点)的跨传感器对应关系,实时优化外参
  • 基于深度学习的隐式标定:端到端训练融合网络时将外参作为可学习参数,允许网络根据任务损失自适应调整标定参数

10. 参考资料

  1. Liu, Z., Tang, H., et al. "BEVFusion: Multi-Task Multi-Sensor Fusion with Unified Bird's-Eye View Representation." ICRA 2023. arXiv:2205.13542

  2. Bai, X., Hu, Z., et al. "TransFusion: Robust LiDAR-Camera Fusion for 3D Object Detection with Transformers." CVPR 2022. arXiv:2203.11496

  3. Chen, T., et al. "FUTR3D: A Unified Sensor Fusion Framework for 3D Detection." CVPR 2023 Workshop. arXiv:2203.10642

  4. Nabati, R., Qi, H. "CenterFusion: Center-based Radar and Camera Fusion for 3D Object Detection." WACV 2021. arXiv:2011.04841

  5. Li, Z., Wang, W., et al. "BEVFormer: Learning Bird's-Eye-View Representation from Multi-Camera Images via Spatiotemporal Transformers." ECCV 2022. arXiv:2203.17270

  6. Weng, X., Wang, J., et al. "AB3DMOT: A Baseline for 3D Multi-Object Tracking and New Evaluation Metrics." ECCV 2020 Workshop. arXiv:2008.08063

  7. Thrun, S., Burgard, W., Fox, D. Probabilistic Robotics. MIT Press, 2005. — 贝叶斯占用栅格与卡尔曼滤波的经典教材参考。