小編今天參加中國(guó)認(rèn)知計(jì)算與混合智能學(xué)術(shù)大會(huì)，接下來(lái)將摘取相關(guān)院士專家關(guān)于自動(dòng)駕駛的報(bào)告，做成自動(dòng)駕駛專題，本文為專題第一篇。

“首屆中國(guó)認(rèn)知計(jì)算與混合智能學(xué)術(shù)大會(huì)”于2018年8月25-26日在西安舉行（主辦單位：國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)信息科學(xué)部、中國(guó)認(rèn)知科學(xué)學(xué)會(huì)、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)、聯(lián)合國(guó)教科文組織國(guó)際工程科技知識(shí)中心）。本次大會(huì)的主題是研討與交流認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)與人工智能學(xué)科等領(lǐng)域交叉融合的最新進(jìn)展和前沿技術(shù)，大會(huì)吸引了來(lái)自約130余所高校和研究機(jī)構(gòu)、近30家企業(yè)，共計(jì)超過(guò)600名的人員參會(huì)。

大會(huì)邀請(qǐng)了認(rèn)知建模與計(jì)算、混合智能、受神經(jīng)科學(xué)啟發(fā)的計(jì)算架構(gòu)與器件、先進(jìn)感知、智能機(jī)器人、無(wú)人智能駕駛等領(lǐng)域，來(lái)自國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)、研究所和科技公司的57位知名專家做學(xué)術(shù)報(bào)告，報(bào)告專家包括中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院院士8名，“千人計(jì)劃”專家4名，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者15名，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授12名等。會(huì)議由14個(gè)大會(huì)報(bào)告和43個(gè)分論壇報(bào)告組成，四個(gè)分論壇為認(rèn)知計(jì)算的基礎(chǔ)理論、混合增強(qiáng)智能與深度學(xué)習(xí)、受神經(jīng)科學(xué)啟發(fā)的計(jì)算架構(gòu)與器件、先進(jìn)感知與智能環(huán)境。

智車(chē)科技將摘取相關(guān)院士專家關(guān)于自動(dòng)駕駛的報(bào)告，做成自動(dòng)駕駛專題，本文為專題第一篇。

李德毅院士：反用駕駛腦：用人工智能研究腦科學(xué)

首先，李院士講到他作為一個(gè)工科生對(duì)腦認(rèn)知的思考，他認(rèn)為，腦認(rèn)知是生物屬性和社會(huì)屬性、先天屬性和后天屬性相互結(jié)合而產(chǎn)生的整合性認(rèn)知過(guò)程。研究在社會(huì)認(rèn)知過(guò)程中生物腦的成長(zhǎng)與進(jìn)化，可稱為腦認(rèn)知的正向工程，如腦認(rèn)知的精神學(xué)方法；而從腦認(rèn)知的社會(huì)屬性和人工智能方法研究腦進(jìn)化，可稱為腦認(rèn)知逆向工程，如腦認(rèn)知的人工智能方法。受腦科學(xué)啟發(fā)的人工智能和受人工智能啟發(fā)的腦科學(xué)是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)面，人工智能的迅速發(fā)展也可以推動(dòng)腦科學(xué)的研究。

李院士研究的駕駛腦

李院士提到，他們研究的駕駛腦不同于特斯拉的自動(dòng)駕駛，不同于谷歌的感知智能，不同于英特爾的車(chē)在計(jì)算機(jī)；能適應(yīng)各種車(chē)輛平臺(tái)，適應(yīng)各種傳感器配置，適應(yīng)各種典型的應(yīng)用場(chǎng)景；跨越了工控機(jī)和交換機(jī)分立式階段，跨越了智能車(chē)自己跑地圖的階段；創(chuàng)造了一整套路測(cè)方法學(xué)。

不廢話，直接奉上價(jià)值600萬(wàn)的圖

駕駛腦工程樣機(jī)

李院士認(rèn)為，未來(lái)汽車(chē)約等于共享出行約等于會(huì)學(xué)習(xí)的輪式機(jī)器人。

人和機(jī)器人在一起會(huì)有4中工作狀態(tài)，分別為：①駕駛員開(kāi)車(chē)，機(jī)器人向人學(xué)習(xí)，②機(jī)器人開(kāi)車(chē)，人監(jiān)控，③機(jī)器人開(kāi)車(chē)，機(jī)器人自學(xué)習(xí)，④機(jī)器人當(dāng)教練教人開(kāi)車(chē)。輪式機(jī)器人可以做到會(huì)開(kāi)車(chē)、會(huì)學(xué)習(xí)、會(huì)交互、有個(gè)性、有悟性。

我們不僅需要模擬人開(kāi)車(chē)，還可以反用駕駛腦，利用無(wú)人駕駛車(chē)度量和考察駕駛員的駕駛認(rèn)知能力！我們不僅需要模擬領(lǐng)域?qū)＜覜Q策，還可以反用機(jī)器領(lǐng)域腦，度量和考察人類專家的知識(shí)和推理能力！

何為反用駕駛腦？

眾所周知，當(dāng)前各國(guó)檢測(cè)酒駕是否犯法常常依據(jù)駕駛員血液中的酒精含量是否超標(biāo)。實(shí)際上，這是一種無(wú)奈之舉。一個(gè)人駕駛認(rèn)知能力的宏觀度量，如是否遵循交規(guī)，怎么可以用人體微觀的一種生化指標(biāo)來(lái)裁決呢？每個(gè)人對(duì)酒精的忍耐性差別很大，酒量大的人也許并沒(méi)有違反交規(guī)，為什么要接受處罰呢？可以利用駕駛腦學(xué)習(xí)并模擬不同程度的醉酒開(kāi)車(chē)，利用包含駕駛腦在內(nèi)的駕駛模擬器檢測(cè)酒駕，比對(duì)血液中的酒精含量分析人腦的臨時(shí)性受損。駕駛腦還能學(xué)習(xí)迷路狀態(tài)的駕駛員行為，可否利用包含駕駛腦在內(nèi)的駕駛模擬器檢測(cè)不同人的定位和方向感能力？

如果標(biāo)桿駕駛員的駕駛認(rèn)知可以用駕駛腦實(shí)現(xiàn)，如果在線駕駛員的腦活動(dòng)和標(biāo)桿駕駛腦可以對(duì)比，那么，包括駕駛腦在內(nèi)的無(wú)人駕駛特定場(chǎng)景和技術(shù)裝備，就可以作為特定生物人（如曾經(jīng)的駕駛員年齡大了，出現(xiàn)認(rèn)知障礙）的腦認(rèn)知成像、腦認(rèn)知掃描、腦認(rèn)知發(fā)現(xiàn)的技術(shù)裝備了。

設(shè)人腦特定問(wèn)題域的認(rèn)知能力可以先局部地形式化，哪怕在微觀上不具有組織結(jié)構(gòu)的相似性，例如駕駛、下棋、聊天等。當(dāng)千千萬(wàn)萬(wàn)特定領(lǐng)域的認(rèn)知能力局部形式化后，用人工智能技術(shù)構(gòu)建千千萬(wàn)萬(wàn)特定機(jī)器認(rèn)知腦，并通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)，是否可以倒閉一個(gè)生物人腦的認(rèn)知呢？

因此，凡悠久強(qiáng)大的學(xué)科，如神經(jīng)生物學(xué)和人工智能，都是很有個(gè)性的學(xué)科，存在“生殖隔離”現(xiàn)象，學(xué)科壁壘森嚴(yán)。長(zhǎng)期以來(lái)神經(jīng)生物學(xué)研究和人工智能研究猶如兩條平行線，沒(méi)有實(shí)質(zhì)交集。它們一旦交叉融合，讓碳基生物腦和硅基電子腦在介管或宏觀尺度層面形成“雜交優(yōu)勢(shì)”，將會(huì)勢(shì)不可擋，醫(yī)學(xué)教育只有擁抱人工智能，別無(wú)選擇。

西安交大薛建儒教授：受腦啟發(fā)的環(huán)境理解與自主駕駛

一、無(wú)人車(chē)研究現(xiàn)狀

能適應(yīng)特定場(chǎng)景并于環(huán)境進(jìn)行交互的智能機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、無(wú)人車(chē)等智能自主運(yùn)動(dòng)體正不斷涌現(xiàn)。

無(wú)人車(chē)將深刻改變我們未來(lái)的出行方式

我國(guó)新一代人工智能發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中明確將自動(dòng)駕駛技術(shù)列為重點(diǎn)突破的關(guān)鍵共性技術(shù)。

無(wú)人車(chē)感知——運(yùn)動(dòng)環(huán)路

無(wú)人車(chē)的感知運(yùn)動(dòng)環(huán)路中存在著兩個(gè)緊密耦合的核心問(wèn)題，即場(chǎng)景理解與自主駕駛。

場(chǎng)景理解：處理傳感數(shù)據(jù)給出場(chǎng)景結(jié)構(gòu)化描述，并進(jìn)行幾何、物理及語(yǔ)義層次上的推理，形成運(yùn)動(dòng)決策的時(shí)空約束。場(chǎng)景理解研究現(xiàn)狀：模式表征與計(jì)算—由“先分而治之后組合”到幾何、物理關(guān)系的整體性層次化描述模型；機(jī)器學(xué)習(xí)—由概念學(xué)習(xí)到場(chǎng)景要素關(guān)系及時(shí)空變化預(yù)測(cè)推理。

自主運(yùn)動(dòng)：依據(jù)場(chǎng)景理解給出的時(shí)空約束，控制車(chē)輛實(shí)現(xiàn)適應(yīng)場(chǎng)景變化運(yùn)動(dòng)。自主運(yùn)動(dòng)研究現(xiàn)狀。分層架構(gòu)—行為決策、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、反饋控制；策略學(xué)習(xí)—試錯(cuò)與獎(jiǎng)懲。

二、視覺(jué)主導(dǎo)的場(chǎng)景理解

1.視覺(jué)主導(dǎo)的場(chǎng)景理解

相機(jī)與激光、雷達(dá)協(xié)同尋求與駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)的場(chǎng)景不變性表征—結(jié)構(gòu)化描述。結(jié)構(gòu)化描述分為度量（定位與導(dǎo)航）、交通信號(hào)（交通規(guī)則）、交通語(yǔ)義（多要素關(guān)系）。

從視覺(jué)計(jì)算到場(chǎng)景理解。四象數(shù)據(jù)到三維重建的過(guò)程有三步分別為：初級(jí)（亮度、邊緣）、中級(jí)（分割、要素圖）、高級(jí)（理解、符號(hào)）。視覺(jué)不是孤立的，視覺(jué)計(jì)算是動(dòng)態(tài)的、自適應(yīng)的，視覺(jué)注意與視覺(jué)反饋。

從集合度量到語(yǔ)義推理與預(yù)測(cè)。初級(jí)有：度量、定位、稠密、稠疏光流、立體視覺(jué)、場(chǎng)景流等等；中級(jí)有：可通行區(qū)域、檢測(cè)、識(shí)別障礙物、交通規(guī)則等；高級(jí)有：預(yù)測(cè)場(chǎng)景變化并給出未來(lái)決策，車(chē)輛行為、威脅程度分析等。

交通場(chǎng)景理解：定位、導(dǎo)航與安全行駛。靜態(tài)交通要素幾何度量及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)—道路邊界、車(chē)道線等，地圖+多傳感器融合→要素幾何度量及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；動(dòng)態(tài)場(chǎng)景語(yǔ)義描述：占據(jù)車(chē)道—軌道—運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)，交通規(guī)則+障礙物檢測(cè)/識(shí)別/跟蹤→預(yù)測(cè)推理。

2.靜態(tài)場(chǎng)景：定位與導(dǎo)航

高精度地圖：定位度量+視覺(jué)導(dǎo)航信息（Landmark）。離線創(chuàng)建精細(xì)刻畫(huà)靜態(tài)場(chǎng)景的地圖；以及在線基于局部感知（圖像、激光、位姿）實(shí)現(xiàn)精確定位和導(dǎo)航。例如嵌入車(chē)道線、路口等信息的高精度地圖。

3.動(dòng)態(tài)場(chǎng)景：安全行駛

障礙物檢測(cè)/跟蹤/識(shí)別+交通規(guī)則→運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)。可對(duì)路上周邊車(chē)輛行為進(jìn)行分析；路口通行行為分析：標(biāo)注場(chǎng)景感知數(shù)據(jù)、通行模式/行為學(xué)習(xí)。其難點(diǎn)在于健壯的檢測(cè)—跟蹤—識(shí)別集成框架，可使用單目/雙目視覺(jué)、激光、毫米波雷達(dá)等設(shè)備，另外融合3D激光點(diǎn)云也可進(jìn)行視覺(jué)障礙物檢測(cè)，3D點(diǎn)云與圖像的時(shí)空對(duì)齊：深度邊緣與圖像邊緣對(duì)應(yīng)。還有實(shí)時(shí)的交通場(chǎng)景理解，融合低精度的地圖信息、道路邊界、車(chē)道線等局部交通要素，實(shí)現(xiàn)魯棒的自主定位和行駛局部環(huán)境理解。

此外，場(chǎng)景理解也面臨著一些挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。比如對(duì)無(wú)人車(chē)環(huán)境感知的目的性與主動(dòng)性重視不足，難以引入全局性信息和選擇性注意機(jī)制、缺少關(guān)聯(lián)和反饋；也無(wú)法有效地給出動(dòng)態(tài)、復(fù)雜交通環(huán)境下自主駕駛所需的層次化時(shí)空約束的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。

三、受腦啟發(fā)的自主導(dǎo)航

借鑒人類認(rèn)知機(jī)理，將多源異構(gòu)、非結(jié)構(gòu)化的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景感知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)決策的層次化語(yǔ)義及時(shí)空約束。

場(chǎng)景理解的部分腦認(rèn)知機(jī)制：

整體性與層次性：探討適合描述人對(duì)交通環(huán)境認(rèn)知過(guò)程，提供決策、規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制所需的不同層次的實(shí)時(shí)場(chǎng)景信息；

主動(dòng)性與目的性：具有選擇性注意機(jī)制的主動(dòng)感知能力；

直覺(jué)反應(yīng)與快速推理：讓自主駕駛系統(tǒng)具有記憶、推理和學(xué)習(xí)（經(jīng)驗(yàn)更新）機(jī)制，構(gòu)成感知—運(yùn)動(dòng)控制之間的穩(wěn)、準(zhǔn)、快的閉環(huán)。

選擇性注意、層次性與整體性。視覺(jué)的感知和認(rèn)知是有目的、主動(dòng)交互的過(guò)程；動(dòng)態(tài)復(fù)雜環(huán)境中目標(biāo)的快速識(shí)別具有分層遞進(jìn)結(jié)構(gòu)。

記憶與預(yù)測(cè)。記憶機(jī)制表現(xiàn)為寫(xiě)入不變性表征、聯(lián)想記憶、序列性和層次性；無(wú)監(jiān)督預(yù)測(cè)無(wú)處不在，其中認(rèn)知=感知+預(yù)測(cè)。

由此我們可以看出其中端倪：可用模塊化的端對(duì)端網(wǎng)絡(luò)同時(shí)求解場(chǎng)景表征與運(yùn)動(dòng)，詳細(xì)體現(xiàn)為3處端倪：

1.定位與地圖創(chuàng)建的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解SLAM問(wèn)題，用卷及網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)位姿變化、用注意力遞歸網(wǎng)絡(luò)求圖優(yōu)化（RNN）。

2.梯度創(chuàng)建中引入運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。體現(xiàn)為認(rèn)知的地圖構(gòu)建與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、地圖創(chuàng)建—LSTM、分層規(guī)劃CNN。

3.引入主動(dòng)交互的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)。自主導(dǎo)航的強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法分為目標(biāo)渠道的強(qiáng)化學(xué)習(xí)、深度估計(jì)和回還檢測(cè)。

國(guó)防科大徐昕教授：面向自主駕駛的視覺(jué)顯著性檢測(cè)與序列學(xué)習(xí)

徐昕教授的報(bào)告分析了車(chē)輛自主駕駛在視覺(jué)感知面臨的困難問(wèn)題，討論了視覺(jué)顯著性檢測(cè)的主要模型和方法，重點(diǎn)論述了基于頻域多尺度分析和超復(fù)數(shù)傅里葉變換的視覺(jué)顯著性檢測(cè)方法HFT，介紹了視覺(jué)顯著性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的構(gòu)建情況;針對(duì)復(fù)雜背景下的目標(biāo)跟蹤問(wèn)題，提出了一種基于時(shí)空顯著性分析的圖像序列學(xué)習(xí)方法，并且在典型目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)集合進(jìn)行了性能評(píng)測(cè)。

結(jié)論為：

提出的多尺度頻率分析( HFD )方法可以有效地實(shí)現(xiàn)視覺(jué)顯著性檢測(cè)。

結(jié)合自上而下的方法，自下而上的顯著性檢測(cè)方法可以得到進(jìn)一步改進(jìn)。視覺(jué)顯著性檢測(cè)對(duì)于目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤非常重要。

級(jí)聯(lián)DCF具有空間-時(shí)間差異性，實(shí)現(xiàn)了單目標(biāo)跟蹤的最新結(jié)果。