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| 本文作者: 陳淑瑜 | 2026-06-01 14:43 | 專題:CVPR 計(jì)算機(jī)視覺(jué)與模式識(shí)別會(huì)議 |
來(lái)源:公眾號(hào)“Hyman的雜貨鋪”
原文鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/LU5ldsQhD0EcIcOy0ynOtw
街上每天都有海量行車記錄儀、手機(jī)拍攝、 ADAS 車輛視頻。里面藏著很多自動(dòng)駕駛系統(tǒng)最想要的東西:事故前幾秒、夜間低能見(jiàn)度、奇怪并線、突發(fā)施工、行人橫穿、車輛擦碰。這些場(chǎng)景真實(shí)發(fā)生過(guò),物理過(guò)程也可信。
難點(diǎn)在另一個(gè)地方:自動(dòng)駕駛系統(tǒng)不能直接吃這些視頻。
一段普通行車記錄儀視頻通常只有一個(gè)前視單目視角,沒(méi)有車輛頂部多路相機(jī),沒(méi)有環(huán)視覆蓋,沒(méi)有 LiDAR 點(diǎn)云,也沒(méi)有目標(biāo)車隊(duì)對(duì)應(yīng)的傳感器標(biāo)定。對(duì)一套依賴多相機(jī)和 LiDAR 的 ADS 來(lái)說(shuō),它像一段“看得見(jiàn)但用不上”的素材。
Sensor2Sensor 把問(wèn)題改成了傳感器轉(zhuǎn)換:輸入是野外來(lái)源的單目駕駛視頻,輸出是目標(biāo)自動(dòng)駕駛平臺(tái)格式下的多視角相機(jī)畫(huà)面和 LiDAR 點(diǎn)云。它的核心動(dòng)作,是把真實(shí)視頻重新投到目標(biāo)車的傳感器坐標(biāo)系里,讓一段外部單目視頻變成內(nèi)部系統(tǒng)能讀取的多傳感器日志。

自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)一直有兩個(gè)互相拉扯的目標(biāo)。
一邊是自有車隊(duì)采集的數(shù)據(jù)。它質(zhì)量高,傳感器完整,有精確標(biāo)定,能直接進(jìn)入訓(xùn)練、驗(yàn)證、仿真流程。但它貴,覆蓋有限,尤其是長(zhǎng)尾事件很難靠車隊(duì)自然“等”出來(lái)。
另一邊是開(kāi)放世界里的第三方視頻。規(guī)模極大,內(nèi)容豐富,而且天然偏向長(zhǎng)尾,因?yàn)槿粘F椒€(wěn)駕駛不會(huì)被頻繁上傳,異常事件反而更容易被記錄下來(lái)。但這類視頻缺少結(jié)構(gòu)化傳感器信息,很難被自動(dòng)駕駛系統(tǒng)當(dāng)作正式驗(yàn)證數(shù)據(jù)。
論文把這個(gè)矛盾概括為 embodiment gap ,也就是“載體差異”。同一個(gè)真實(shí)世界事件,發(fā)生在某個(gè)攝像頭視角里;而你的 ADS 需要的是另一輛車、另一套相機(jī)、另一套 LiDAR 、另一組標(biāo)定下的傳感器觀測(cè)。這類差異遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)風(fēng)格遷移,同時(shí)包含視角、幾何、模態(tài)和時(shí)間一致性。
我的理解是, Sensor2Sensor 的價(jià)值落在一個(gè)非常具體的工程瓶頸上:怎么把外部真實(shí)長(zhǎng)尾視頻變成內(nèi)部可消費(fèi)的 AV log 。
最大的問(wèn)題是沒(méi)有配對(duì)數(shù)據(jù)。
如果要訓(xùn)練一個(gè)模型,把“行車記錄儀視頻”變成“目標(biāo)自動(dòng)駕駛?cè)罩尽?,理想?xùn)練集應(yīng)該長(zhǎng)這樣:同一時(shí)刻、同一場(chǎng)景,既有第三方行車記錄儀視角,又有目標(biāo)自動(dòng)駕駛車的 8 路相機(jī)和 LiDAR 。現(xiàn)實(shí)中這種配對(duì)幾乎不存在。
論文的做法很工程:從已有 AV logs 出發(fā),先用 4D Gaussian Splatting 重建動(dòng)態(tài)駕駛場(chǎng)景,再?gòu)倪@個(gè)重建場(chǎng)景里渲染出各種“模擬第三方攝像頭”。這樣就得到一對(duì)訓(xùn)練樣本:模擬行車記錄儀視角作為輸入,原始 AV 多傳感器日志作為監(jiān)督輸出。
這一步里, 4DGS 更像一個(gè)幾何老師:它負(fù)責(zé)把已有多相機(jī)和 LiDAR 觀測(cè)整理成可重渲染的 4D 場(chǎng)景,為后續(xù)模型提供時(shí)間同步、空間對(duì)齊的訓(xùn)練對(duì)。

論文使用約 10 萬(wàn)個(gè) 10 秒駕駛片段做 4DGS 重建。每個(gè)片段包含 360 度多視角相機(jī)數(shù)據(jù)和 LiDAR 數(shù)據(jù), LiDAR 可用于初始化和約束 3D Gaussian 的幾何。動(dòng)態(tài)物體會(huì)通過(guò)規(guī)范物體模型做累積,以提升車輛、行人等移動(dòng)對(duì)象的覆蓋。
隨后,系統(tǒng)采樣第三方攝像頭的內(nèi)參和外參。
補(bǔ)充材料里提到,轎車場(chǎng)景下攝像頭高度會(huì)在 1.1 到 1.3 米附近采樣,前向平移在 2.0 到 2.5 米區(qū)間內(nèi)變化,焦距還會(huì)加入約 5% 的均勻擾動(dòng)。這些細(xì)節(jié)讓“合成第三方攝像頭”具備真實(shí)安裝和鏡頭差異,而非簡(jiǎn)單換一個(gè)視角。

Sensor2Sensor 的生成模型基于 Latent Diffusion 。它要同時(shí)輸出兩類東西:目標(biāo)車輛的多視角相機(jī)圖像,以及同一時(shí)刻的 LiDAR 點(diǎn)云。
論文把相機(jī)和 LiDAR 分開(kāi)編碼,再在擴(kuò)散 U-Net 內(nèi)部做跨視角、跨傳感器融合。

相機(jī)分支繼承了多視角擴(kuò)散模型的思路。它學(xué)習(xí)的是所有目標(biāo)視角的聯(lián)合分布,而非逐個(gè)孤立生成每個(gè)相機(jī)。為了讓 8 路相機(jī)之間保持一致,模型把普通 2D attention 換成 3D attention :既在空間維度上看圖像內(nèi)容,也在視角維度上交換信息。
相機(jī)位姿通過(guò) raymap 注入。 Raymap 可以理解為每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的一條 3D 射線,包含射線起點(diǎn)和方向。模型看到的不只是“生成一張圖”,還知道這張圖對(duì)應(yīng)車輛上哪個(gè)相機(jī)、朝哪里看、內(nèi)外參是什么。
第三方 dashcam 輸入會(huì)作為第 9 個(gè)視角加入模型。它的 latent 、 raymap 和二值 mask 會(huì)一起拼到視角維度里。這個(gè) mask 告訴模型:這一視角是已知條件,不參與噪聲還原;另外 8 個(gè)目標(biāo)視角才是要生成的結(jié)果。
這會(huì)影響模型理解輸入的方式。通道拼接容易把 dashcam 壓成普通特征圖;視角拼接則明確告訴模型:這是一臺(tái)真實(shí)存在的已知相機(jī),可以通過(guò)跨視角注意力與目標(biāo)相機(jī)互動(dòng)。
LiDAR 點(diǎn)云沒(méi)有直接作為無(wú)序點(diǎn)集生成,而是轉(zhuǎn)成 range-view spin image 。論文使用一個(gè)形狀為高度、寬度、通道的張量表示 LiDAR ,其中 4 個(gè)通道分別是:距離、反射強(qiáng)度、 elongation 和有效性 mask 。
距離會(huì)被截?cái)嗟?150 米并線性歸一化到 0 到 1 ,強(qiáng)度和 elongation 也做歸一化。這樣 LiDAR 可以更自然地進(jìn)入 2D 生成模型。
LiDAR 分支有獨(dú)立 VAE 。編碼器和解碼器都是卷積結(jié)構(gòu),訓(xùn)練目標(biāo)包括距離、 elongation 、強(qiáng)度的 L1 重建,有效性 mask 的二元交叉熵,以及法線、 elongation 、強(qiáng)度、有效性上的 LPIPS 感知損失,再加 KL 正則。這里不必糾結(jié)每個(gè)損失項(xiàng)的公式,核心意思是:模型既要還原數(shù)值,也要讓點(diǎn)云轉(zhuǎn)換成圖像表示后在結(jié)構(gòu)和感知上更接近真實(shí) LiDAR 。
相機(jī)和 LiDAR 分支如果完全分開(kāi)訓(xùn)練,很容易出現(xiàn)圖像里有車、點(diǎn)云里沒(méi)車,或者點(diǎn)云障礙物位置和圖像對(duì)不上。論文在每個(gè) U-Net block 里加入 cross-sensor attention 。
做法是把相機(jī)特征 token 和 LiDAR 特征 token 拉平后拼到同一個(gè)序列里,再做 self-attention 。這樣圖像和 LiDAR 的特征能在去噪過(guò)程中互相引用。對(duì)自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō),這一步比單純提升視覺(jué)效果更有意義,因?yàn)橄掠胃兄头抡嫦到y(tǒng)需要跨模態(tài)一致的世界,而非兩份各自看起來(lái)不錯(cuò)的數(shù)據(jù)。
單幀能生成還不夠。真實(shí) driving log 是一段連續(xù)傳感器序列。
論文把模型擴(kuò)展為自回歸視頻生成:當(dāng)前時(shí)刻的第三方視頻幀,加上上一時(shí)刻自己生成的相機(jī)和 LiDAR ,一起作為條件,生成當(dāng)前時(shí)刻的 8 路相機(jī)和 LiDAR 。
問(wèn)題也隨之出現(xiàn):訓(xùn)練時(shí)模型常??吹秸鎸?shí)上一幀,推理時(shí)卻只能看到自己上一幀生成的結(jié)果。小錯(cuò)誤會(huì)沿時(shí)間累積,最后變成閃爍、漂移、幾何錯(cuò)位。
論文借用了 DAgger 思路來(lái)縮小訓(xùn)練和推理差異。訓(xùn)練流程分為四步:
補(bǔ)充材料給出的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)是:訓(xùn)練使用 128 個(gè) TPU , AdamW 優(yōu)化器,學(xué)習(xí)率 5e-5 ,全局梯度裁剪為 1.0 , EMA 衰減為 0.999 。三個(gè)主要階段分別訓(xùn)練 8 萬(wàn)、 4 萬(wàn)和 2 萬(wàn)步,模型參數(shù)規(guī)模約 2.5 億。

因?yàn)椤皢文康谌揭曨l到完整 AV sensor suite”這個(gè)任務(wù)此前沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集,論文自建了兩個(gè)評(píng)測(cè)部分。
第一部分是 1000 段配對(duì)的 Fixed-Camera-to-AV log ,每段 3 秒。輸入相機(jī)固定在自動(dòng)駕駛車前左保險(xiǎn)杠附近,目標(biāo)輸出是車頂 8 路環(huán)視相機(jī)和 LiDAR 。因?yàn)檫@一路輸入與目標(biāo)傳感器同步且標(biāo)定已知,所以能做 PSNR 、 SSIM 、 LPIPS 、 FID 、 FVD 、 Chamfer Distance 等定量比較。
第二部分是 in-the-wild 數(shù)據(jù),包括手工采集的真實(shí) dashcam 、互聯(lián)網(wǎng)上的駕駛視頻、手機(jī)錄制視頻和其他 ADAS 來(lái)源,用于觀察模型面對(duì)未知相機(jī)、未知天氣、未知場(chǎng)景內(nèi)容時(shí)的泛化能力。
基線方面,論文改造了幾類方法: VGGT 和 π3 代表前饋 3D 重建路線; X-Drive 代表圖像和 LiDAR 聯(lián)合生成路線; CAT3D 相關(guān)變體用于比較輸入條件的通道拼接和視角拼接。
在 Fixed-Camera-to-AV 多視角圖像生成任務(wù)上, Sensor2Sensor 的 FID 為 6.47 , LPIPS 為 0.316 ,優(yōu)于 VGGT 、π3 、 X-Drive 和不使用視角拼接的變體。
視覺(jué)上, Sensor2Sensor 生成的多視角畫(huà)面更清晰,對(duì)車輛形狀、場(chǎng)景結(jié)構(gòu)、被遮擋區(qū)域補(bǔ)全更穩(wěn)。重建類模型在未觀察區(qū)域容易出現(xiàn)空洞或幾何變形;生成類基線雖然圖像更像真實(shí),但多視角結(jié)構(gòu)和對(duì)象一致性仍弱一些。

補(bǔ)充材料進(jìn)一步展示了不同車輛位置和顏色下的圖像生成。可以看到,模型并非只把前視輸入復(fù)制到周圍視角,而是在推斷車輛周邊結(jié)構(gòu)、目標(biāo)車身形狀和遮擋區(qū)域。


視頻生成任務(wù)只比較前視生成視頻,因?yàn)?VGGT 和 π3 在其他視角會(huì)出現(xiàn)大面積空洞。 Sensor2Sensor 的 FVD 為 278.12 ,不使用視角拼接的變體是 293.73 ,π3 和 VGGT 分別達(dá)到 2007.35 和 2373.15 。
對(duì)自動(dòng)駕駛?cè)罩緛?lái)說(shuō),漂亮的單幀還不夠。連續(xù) 3 秒、 10 秒甚至更長(zhǎng)時(shí)間里,同一輛車不能忽大忽小,路沿和車道線也不能來(lái)回漂。自動(dòng)駕駛感知模型通常會(huì)利用連續(xù)幀做跟蹤、速度估計(jì)、軌跡預(yù)測(cè);一旦合成視頻里同一輛車每隔幾幀變形一次,或者路邊靜態(tài)物體抖動(dòng),下游驗(yàn)證就會(huì)失真。
論文的消融也顯示, DAgger 微調(diào)把前視 FVD 從 288.90 降到 278.12 , FID 從 24.65 降到 21.54 。提升幅度不夸張,但方向很明確:讓模型提前適應(yīng)自己的生成歷史,會(huì)讓 rollout 更穩(wěn)。
Sensor2Sensor 的一個(gè)亮點(diǎn)是它同時(shí)生成 LiDAR ,圖像和點(diǎn)云共同構(gòu)成目標(biāo)日志。
LiDAR 定量指標(biāo)使用 Chamfer Distance 。相比 X-Drive 的 10.02 , Sensor2Sensor 達(dá)到 8.68 ,改善 13.37%。視覺(jué)上,它對(duì)近處車輛、卡車輪廓、道路周邊靜態(tài)結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云更干凈,噪聲更少,強(qiáng)度渲染也更合理。

更值得看的是圖像和 LiDAR 的一致性。論文展示了圖像里出現(xiàn)的標(biāo)志牌、道路標(biāo)線、車輛,在 LiDAR 結(jié)果里也能對(duì)應(yīng)到合理的空間結(jié)構(gòu)。這對(duì)仿真環(huán)境很關(guān)鍵,因?yàn)橄掠文P筒粫?huì)只看一張 RGB 圖,它會(huì)把多傳感器信息融合起來(lái)判斷世界。

補(bǔ)充材料里的 LiDAR 樣例更密集,能看到模型在多個(gè)輸入場(chǎng)景下都傾向于生成更清晰的幾何輪廓。


Sensor2Sensor 最核心的目標(biāo)是利用野外數(shù)據(jù),所以論文專門測(cè)試了互聯(lián)網(wǎng)駕駛視頻、真實(shí) dashcam 、手機(jī)錄像和其他 ADAS 片段。場(chǎng)景包含夜間低可見(jiàn)度、近碰撞、事故和 active incidents 。

人類評(píng)測(cè)由 26 名參與者完成,他們對(duì) 40 組、每組三個(gè)方法的生成結(jié)果做排序,評(píng)價(jià)維度是真實(shí)感和與輸入對(duì)齊程度。
LiDAR 的偏好率低于圖像,但仍明顯領(lǐng)先。我的判斷是, LiDAR 偏好率低一些反而更接近真實(shí)難度:?jiǎn)文恳曨l只給了前方紋理和少量運(yùn)動(dòng)線索,模型要補(bǔ)的是車輛側(cè)后方、遮擋區(qū)域和深度結(jié)構(gòu),這已經(jīng)越過(guò)了普通視頻翻譯任務(wù)的邊界。模型能做到多數(shù)情況下更真實(shí)、更對(duì)齊,說(shuō)明 4DGS 配對(duì)數(shù)據(jù)和跨傳感器注意力確實(shí)在發(fā)揮作用。
論文對(duì)架構(gòu)做了兩組關(guān)鍵消融。
第一組看輸入條件怎么拼。通道拼接是把 dashcam 信息當(dāng)作額外特征通道;視角拼接是把 dashcam 當(dāng)作第 9 個(gè)已知視角。圖像生成中, CAT3D + VC 的 FID 為 6.20 ,優(yōu)于 CAT3D + CC 的 6.63 ;加入 LiDAR 后,完整模型 FID 為 6.47 , LPIPS 為 0.316 ,也優(yōu)于 CC + LiDAR 變體。
把這組消融翻成工程語(yǔ)言,重點(diǎn)其實(shí)有兩個(gè):
第二組是 DAgger 。沒(méi)有 DAgger 時(shí),前視 FVD 為 288.90 ;加入 DAgger 后降到 278.12 。這個(gè)提升不是“換模型”的效果,更像是把推理時(shí)會(huì)遇到的錯(cuò)誤上下文提前喂給模型,讓它學(xué)會(huì)糾偏。
論文還做了一個(gè)很實(shí)用的檢查:拿在真實(shí)數(shù)據(jù)上訓(xùn)練的感知模型,直接跑在生成數(shù)據(jù)上,不做 finetune 。
LiDAR 檢測(cè)結(jié)果顯示,車輛檢測(cè)模型在真實(shí)和生成 LiDAR 上表現(xiàn)可比;圖像分割中, Panoptic-DeepLab 在真實(shí)圖像和生成圖像上也能輸出一致預(yù)測(cè)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)給出的結(jié)論應(yīng)該保守理解:生成數(shù)據(jù)還不能替代真實(shí)采集,但它已經(jīng)接近到足以被現(xiàn)有感知模型讀取和處理。


論文也承認(rèn)了一個(gè)重要限制:長(zhǎng)時(shí)間視頻仍會(huì)漂移。
當(dāng)前模型把強(qiáng)單幀生成能力擴(kuò)展到自回歸視頻。 DAgger 能緩解短期誤差累積,但超過(guò) 30 秒的長(zhǎng)序列里,小的 LiDAR 幾何漂移、視覺(jué)不一致、傳感器標(biāo)定感漂移仍可能逐步放大。
論文提出兩個(gè)方向:
我會(huì)再補(bǔ)一個(gè)工程層面的疑問(wèn):如果這些生成日志用于安全驗(yàn)證,如何定義“生成結(jié)果足夠可信”? FID 、 FVD 、人類偏好、 Chamfer Distance 都有價(jià)值,但它們還不能直接回答“某個(gè)碰撞場(chǎng)景轉(zhuǎn)換后的 LiDAR 是否足以支撐安全結(jié)論”。后續(xù)可能需要任務(wù)級(jí)評(píng)測(cè),比如檢測(cè)、預(yù)測(cè)、規(guī)劃模塊在真實(shí)日志和轉(zhuǎn)換日志上的行為一致性。
Sensor2Sensor 最有意思的地方,是它把生成模型放在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的位置上。
過(guò)去很多自動(dòng)駕駛生成模型關(guān)注“從文本生成駕駛場(chǎng)景”“預(yù)測(cè)未來(lái)幀”“構(gòu)建可交互世界模型”。 Sensor2Sensor 的問(wèn)題更窄,但工程價(jià)值很高:外部真實(shí)視頻已經(jīng)存在,怎么把它轉(zhuǎn)接到目標(biāo)車隊(duì)的傳感器體系里。
如果這條路線繼續(xù)成熟,自動(dòng)駕駛長(zhǎng)尾數(shù)據(jù)的獲取方式可能會(huì)改變。車隊(duì)不一定只能等待自家車輛遇到稀有事件,也可以從互聯(lián)網(wǎng)上、合作伙伴 dashcam 、手機(jī)記錄中挖掘真實(shí)片段,再轉(zhuǎn)換成內(nèi)部仿真和驗(yàn)證可用的日志格式。
當(dāng)然,生成數(shù)據(jù)不能直接等同于真實(shí)采集。它更像一個(gè)放大器:把真實(shí)世界事件的可用范圍擴(kuò)大,但每一次轉(zhuǎn)換都需要被校驗(yàn)。尤其是涉及安全決策時(shí),轉(zhuǎn)換模型本身也必須進(jìn)入驗(yàn)證鏈路。
從這個(gè)角度看, Sensor2Sensor 給出的是一個(gè)方向:自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)可以跳出“采集來(lái)源”的劃分方式,按“目標(biāo)傳感器形態(tài)”重新映射。
? 論文鏈接
https://arxiv.org/abs/2605.22809
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