【深度学习】自动驾驶汽车:实现实时交通信号灯检测和分类

今天，基本的交通灯信号灯检测问题已经得到解决。深度学习和计算机视觉的创新以强健的算法的形式存在。它们在没有开发代码的情况下工作，手动确定颜色或交通信号灯的位置。例如，优化的R-CNN（https://arxiv.org/abs/1506.01497）模型能够以实时的速度获得最先进的精度。那么它是如何工作的呢?

交通信号灯在哪里?

Google的一个团队使用提取检测到的交通信号灯的方法，然后在该方法上运行第二个分类器。提供了灵活性;然而，根据实现的不同，它可能会增加管道复杂度和计算成本。更重要的是，它似乎依赖于对预期交通信号灯位置的先验信息。一般来说，将分类作为第二步添加第二个网络进行培训、测试等等。

检测交通信号灯的方法https://static.googleusercontent.com/media/research.google.com/en//pubs/archive/37259.pdf

在只有一个图像，没有先验信息的情况下，是否可以在一个神经网络中完成任务？

我开始先使用了单镜头检测(SSD)，最后使用了Faster R-CNN，因为它对较小的对象具有较好的性能。我有点费力地重建了现有的实现，以自学它是如何工作的。然后切换到使用开放源码的tensorflow对象检测api。

最近发布的工具集（https://github.com/tensorflow/models）为测试模型提供了更快的周转时间，并准备好了预先训练的权重。它允许我更多地关注工程的实现，并且很少涉及每个神经网络实现的细节。

在该论文（https://arxiv.org/abs/1611.10012）中，他们讨论了不同方法的性能权衡。例如，SSD(类似于YOLO)对于中型到大型对象来说很好，但是对于小型对象来说，它比Faster R-CNN更糟糕。在实践中我们很难让SSD在Bosch的小交通信号灯数据集（https://hci.iwr.uni-heidelberg.de/node/6132）上收敛。相反，包含Resnet的Faster R-CNN能得到良好的结果。

想看到更多吗?查看完整的视频:测试视频（https://youtu.be/5e_9r9DROEY）或训练视频（https://youtu.be/EN2jZ-9LRjs）。

为Udacity自动驾驶汽车调整Bosch数据

我们一直在做一个关于自动驾驶汽车的有限测试。在一个很小的封闭轨道上，汽车必须成功地遵循一组路标并识别交通信号灯。

如果你对技术细节感兴趣，可以查看代码https://github.com/nhiddink/SDCND_Capstone_TEC

双转移学习

由于可用的数据量有限，我们严重依赖转移学习。我们可以使用以下数据集：

• COCO（http://cocodataset.org/#home）预先训练网络
• Bosch交通信号灯数据
• Udacity真实数据(150个样本)或sim数据(260个样本)

我们得到了很好的结果。

为什么要使用深度学习的方法?

交通信号灯有不同的数量、位置、形状、大小和布局。基于深度学习的方法，这些差异通过深度学习是“容易的”解决的——只收集在汽车行驶区域的交通信号灯类型的例子。

高精度定位的动机

高精度的边界框允许高精度距离估计。距离估计的越准确，我们就越接近其他数据点。看下图，交通信号灯在十字路口附近还是远侧呢?

实时性能(10 + Hz)

起初，我们需要大约220 ms的推理时间，与滑动窗口的方法相比较，这是一个更快速的方法，我个人认为3 – 4帧每秒不是实时的。

根据论文的建议，我们将该区域建议数量从原来的300个减少到50个。在推理时间里(～220 ms 到～80 ms)，给了我们一个具有类似精度的～3x的速度。预测在1280×720图像中不到1%的交通信号灯。例如，在上述谷歌的论文中，他们使用了2040×1080或2.3x像素的图像。

失败案例

有许多系统还没有准备好用于生产的示例。举个例子，在下面的图片中的灯光被认为是黄色的。

在拥有更多数据或者更多培训的情况下，很多这样的案例可以被解决。例如，我们训练了大约2万次迭代，这大概是真正收敛(最优模型的权重值)需要的1 / 10。

最后一步

在测试过程中，我意外地在真实图像上运行了模拟图像的网络。

某种程度上来说，它可以工作，而且运行得很好。看看下面这个例子的结果:

• 第一张:Bosch训练(不同风格的图像)=没有超过50%confidence的预测
• 第二张:Sim训练(上面的图片)=正确预测
• 第三张:真实的数据训练(bosch数据之后)=错误预测

这是一件有趣的事情。从理论上讲，你可以模拟任何你想要的情况，把它提供给一个深度学习系统，然后将其通用化到现实生活中的情况。

深度学习代码:https://github.com/swirlingsand/deeper-traffic-lights 自动驾驶汽车代码:https://github.com/nhiddink/SDCND_Capstone_TEC 测试视频:https://youtu.be/5e_9r9DROEY 训练视频:https://youtu.be/EN2jZ-9LRjs