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基于方向一致损失的轻量车道线检测
信息技术与网络安全 6期
陆智臣,吴丽君,陈志聪,林培杰,程树英
(福州大学 物理与信息工程学院,福建 福州350108)
摘要: 目前,轻量型车道线检测网络存在弯道检测效果差、网络感受野不够与实时性受限等问题,故提出了一种改进的轻量型车道线检测网络模型。首先,为提高弯道检测效果,设计了一种方向一致损失,以使模型适用于弯道场景。其次,为在增强网络实时性的同时提高其感受野,提出将自注意力机制与RepVGG相融合的网络作为模型的主干网络。该模型在CULane测试集上测试的总F1-measure达到了70.7%,在Tusimple测试集上测试的准确率达到95.92%,其平均推断速度达到了408 FPS。实验结果表明,该模型相较于目前轻量型模型在性能上有一定的提升,尤其对弯道场景下的车道线检测效果提升明显。
中图分类号: U495;TP391.41
文献标识码: A
DOI: 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.010
引用格式: 陆智臣,吴丽君,陈志聪,等. 基于方向一致损失的轻量车道线检测[J].信息技术与网络安全,2022,41(6):57-63,72.
Lightweight lane line detection based on directional consistency loss
Lu Zhichen,Wu Lijun,Chen Zhicong,Lin Peijie,Cheng Shuying
(School of Physics and Information Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350108,China)
Abstract: At present, the lightweight lane line detection network has problems such as poor curve detection effect, insufficient network receptive field and limited real-time performance.Therefore, this paper proposes an improved lightweight lane detection network model. Firstly, to improve the curve detection effect, a direction consistency loss is designed to make the model suitable for the curve scene.Secondly, in order to improve the real-time performance of the network while improving the receptive field, a fusion network of self-attention mechanism and RepVGG is proposed as the backbone network of the model. The total F1-measure of the model tested on the CULane test set reached 70.7%, the accuracy of the test on the Tusimple test set reached 95.92%, and its average inference speed reached 408 FPS. The experimental results show that the model has a certain improvement in performance compared with the current lightweight model, especially the lane line detection effect in the curve scene is significantly improved.
Key words : deep learning;lane detection;directional consistency loss;lightweight network

0 引言

近年来,自动驾驶技术得到了快速发展。车道检测是自动驾驶和辅助驾驶中的一项关键技术,在运动规划中起着重要的作用。传统的车道检测方法,如霍夫变换 Li[1]、齐美彬等[2],在较为理想的场景下可以检测出车道线,但容易受到其他物体的干扰。为了提高在有遮挡、不清晰场景下的检测精度,Son等[3]使用卡尔曼滤波器的跟踪算法做车道检测中,文献[4]还进一步使用了随机样本一致性算法来消除一些非车道特征区域。该方法在轻微遮挡时可以有效提升检测精度,但在严重遮挡的情况下检测效果仍然较差。

深度学习发展迅速,在车道检测领域中得到广泛应用。现有基于深度学习的车道线检测根据其检测思路不同,可分为基于分割、分类、回归以及利用时域信息的车道线检测方法。其中,Neven[5]、Chen[6]将车道先检测作为一种分割任务,提出使用实例分割的方法来检测车道线,其精度较高且可以同时检测多个车道线,但基于分割的方法要对图像中每个像素进行分类,计算量较大。为了减小计算量,Hou等[7]提出了自我蒸馏的方法减小网络参数量,通过计算高层特征的注意力特征图来反馈给浅层网络,以提高浅层网络的特征提取能力,可达到较深网络的精度,但本质上还是一种基于分割的方法,计算量仍然较大。为了让网络计算速度更快,Qin等[8]提出基于逐行分类的方法做车道线检测,将分割任务的逐像素点分类变为了逐个anchor分类,推理速度相比于分割的方法快。但在主干网络使用的ResNet-18中有特征堆叠,导致网络推断速度仍然受限。不同于其他物体,车道线具有纵向跨度大的结构特性,为了利用上下文信息,Pan等[9]提出了SCNN的网络结构,通过从多个方向提取特征图像素之间的相关性,增加主干网络的感受野,提升车道线的分割效果。但SCNN结构会计算特征图在各个不同方向上像素间相关性,计算复杂度大,实时性差。此外,因为车道线可视为一个三次多项式构成的曲线,所以Tabelini等[10]提出了PloyNet回归计算三次多项式的系数。由于只要回归出多项式的系数,因此该方法检测速度比分割的方法速度快,但如果多项式的常数量有偏差时就会导致整条车道线出现偏移。也有工作利用时域信息去检测车道线,Ko等[11]提出可在主干网络之后加入Conv-LSTM,通过提取主干网络输出特征图的时域信息,提高检测精度,但由于Conv-LSTM计算量太大,因此会导致实时性不够。




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作者信息:

(福州大学 物理与信息工程学院,福建 福州350108)




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