特斯拉的圖像識別原理是什么？

特斯拉利用8個攝像頭來識別現(xiàn)實世界中的物體。攝像頭獲取的圖像包括行人、其他車輛、動物或障礙物，這不僅對特斯拉車輛駕駛員的安全很重要，對其他人也很重要。專利稱，重要的是，攝像頭能夠及時準確地識別這些物體。

特斯拉專利框

特斯拉專利演示

從算法的代碼層面來說，特斯拉把它們的深度學習網(wǎng)絡稱為HydraNet。其中，基礎算法代碼是共享的，整個HydraNet包含48個不同的神經(jīng)網(wǎng)絡，通過這48個神經(jīng)網(wǎng)絡，就能輸出1000個不同的預測張量。理論上來說，特斯拉的這個超級網(wǎng)絡，能同時檢測1000種物體。完成這些運算并不簡單，特斯拉已經(jīng)耗費了7萬個GPU小時進行深度學習模型訓練。

雖然工作量很大，但由于大部分工作由機器承擔，特斯拉的人工智能團隊僅由幾十人組成，與其他自動駕駛公司數(shù)百人甚至數(shù)千人的規(guī)模相比，確實規(guī)模不大。

完成2D的圖像還不算牛掰的，畢竟云端有超級計算機可以去訓練，本地的芯片也是自己開發(fā)的，可以很好的匹配算法，特斯拉真正牛掰的地方，通過視覺完成3D的深度信息，并可以通過視覺建立高精度地圖，完成一些底下停車場的附件駕駛場景。

特斯拉全車共配備了8個攝像頭，一個毫米波雷達和12個超聲波雷達，監(jiān)測外部環(huán)境，向自動駕駛電腦實時傳送信息。

特斯拉車外傳感器

簡單來看，特斯拉的攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達以及慣性測量單元記錄下當前車輛所處的環(huán)境數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給特斯拉的自動駕駛電腦。自動駕駛電腦在進行算法的計算之后，將速度和方向信息傳遞給轉(zhuǎn)向舵以及加速、制動踏板，實現(xiàn)對車輛的控制。

不過，在日常行駛過程中，攝像頭作為傳感器捕捉的內(nèi)容都是二維圖像，并沒有深度信息。

也就是說，雖然二維圖像已經(jīng)可以區(qū)分公路和路旁的人行道，但并不知道現(xiàn)在車輛距離“馬路牙子”還有多遠。由于缺失這樣一個重要信息，自動駕駛的運算可能并不準確，操作可能出錯。因此，捕捉或者建立一個三維的圖景很有必要。

特斯拉使用三目相機的，它可以通過比較兩個攝像頭圖像的差異判斷物體的遠近，獲得物體的深度信息。通過中央處理器對輸入圖像進行感知、分割、檢測、跟蹤等操作，輸出給導航網(wǎng)絡端進行語義建圖及匹配定位，同時通過目標識別形成相應的ADAS系統(tǒng)目標屬性。

特斯拉還有更厲害的地方，那就是算法可以預測流媒體視頻中每一個像素的深度信息。也就是說，只要算法足夠好，流媒體視頻更加清晰，特斯拉的視覺傳感器所捕捉的深度信息甚至可以超過激光雷達。

在實際的自動駕駛應用中，泊車入位和智能召喚兩個使用場景下就能充分利用這套算法。在停車場行駛時，車輛之間的距離很小，即使是駕駛員駕駛，稍不留神也很容易出現(xiàn)刮蹭事故。對于機器來說，停車場場景的行駛更加困難。在預測到深度信息之后，車輛可以在超聲波雷達的輔助之下，快速完成對周圍環(huán)境的識別，車輛泊車就會更加順利。

在完成深度信息的預測之后，這部分信息會顯示在車機上，同時也會直接參與控制轉(zhuǎn)向、加速、制動等駕駛動作。不過，轉(zhuǎn)向、加速、制動這些駕駛策略沒有固定的規(guī)則，有一定靈活性。因此，自動駕駛的駕駛策略沒有最佳，只有更好。

怎么提高神經(jīng)網(wǎng)絡的算法效率：

為什么這么多廠家只有百度敢挑戰(zhàn)視覺為主的輔助駕駛方案，不使用激光雷達，其中很大一個原因就是神經(jīng)網(wǎng)絡算法相當耗費芯片算力和內(nèi)存資源，本地端的芯片要算力足夠強大，對于神經(jīng)網(wǎng)絡的算法要有優(yōu)化。

對于神經(jīng)網(wǎng)絡來說，其實很多的連接并不是一定要存在的，也就是說我去掉一些連接，可能壓縮后的網(wǎng)絡精度相比壓縮之前并沒有太大的變化?；谶@樣的理念，很多剪枝的方案也被提了出來，也確實從壓縮的角度帶來了很大效果提升。

需要特別提出的是，大家從圖中可以看到，深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡包括卷積層和全連接層兩大塊，剪枝對全連接層的壓縮效率是最大的。下面柱狀圖的藍色部分就是壓縮之后的系數(shù)占比，從中可以看到剪枝對全連接層的壓縮是最大的，而對卷積層的壓縮效果相比全連接層則差了很多。

所以這也是為什么，在語音的加速上很容易用到剪枝的一些方案，但是在機器視覺等需要大量卷積層的應用中剪枝效果并不理想。

對于整個Deep Learning網(wǎng)絡來說，每個權重系數(shù)是不是一定要浮點的，定點是否就能滿足？定點是不是一定要32位的？很多人提出8位甚至1位的定點系數(shù)也能達到很不錯的效果，這樣的話從系數(shù)壓縮來看就會有非常大的效果。從下面三張人臉識別的紅點和綠點的對比，就可以看到其實8位定點系數(shù)在很多情況下已經(jīng)非常適用了，和32位定點系數(shù)相比并沒有太大的變化。所以，從這個角度來說，權重系數(shù)的壓縮也會帶來網(wǎng)絡模型的壓縮，從而帶來計算的加速。

這些都需要非常資深的軟件算法團隊去優(yōu)化，同時需要懂得底層芯片的資源情況，而百度在人工算法這方面非常具有優(yōu)勢，所以有勇氣去挑戰(zhàn)視覺為主的自動駕駛 Apollo Lite方案。

百度表示，攝像頭是相對成熟的傳感器，除具備輕巧低成本和符合車規(guī)的優(yōu)勢外，高分辨率高幀率（成像頻率）的成像技術發(fā)展趨勢意味著圖像內(nèi)蘊含的環(huán)境信息更豐富，同時視頻數(shù)據(jù)也和人眼感知的真實世界最為相似，但和三維點云數(shù)據(jù)相比，二維圖像中的信息更難挖掘，需要設計更強大的算法、大量數(shù)據(jù)的積累和更長期的研發(fā)投入。

責任編輯：lq6