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OccNet-Course

Surrounding Semantic Occupancy Perception Course for Autonomous Driving

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大家好！

欢迎来到《占据网络在自动驾驶中的应用》这门课程的学习，我是Charmve，大家也可以叫我察姆。目前任职于国内某自动驾驶独角兽公司，有多年自动驾驶量产经验。在本课程中，我们主要对今年国内外备受关注的Occupancy Network做一个专题学习分享，普遍认为它是解决自动驾驶感知长尾问题的关键技术。

特斯拉在去年AI DAY上，分享了他们在感知方面的一个重点技术：Occupancy Network (占据网络)，自此引发业内网对占据网络的关注。研究机器人技术的同学肯定对occupancy grid不会陌生，occupancy表示空间中每个3D体素（voxel）是否被占据，可以是0/1二元表示，也可以是[0, 1]之间的一个概率值。

为什么估计occupancy对自动驾驶感知很重要呢？很核心的一个原因是：车辆在行驶中，除了常见障碍物如车辆、行人，我们可以通过3D物体检测的方式来估计他们的位置和大小，还有更多长尾的障碍物也会对行驶产生重要影响。例如：

1. 可变形的障碍物，如两节的挂车，不适合用3D bounding box来表示；
2. 异形障碍物，如翻倒的车辆，3D姿态估计会失效；
3. 不在已知类别中的障碍物，如路上的石子、垃圾等，无法进行分类。

因此，我们希望能找到一种更好的表达来描述这些长尾障碍物，完整估计3D空间中每一个位置的占据情况（occupancy），甚至是语义（semantics）和运动情况（flow）。

特斯拉用下图的具体例子来展现Occupancy Network的强大。不同于3D的框，occupancy这种表征对物体没有过多的几何假设，因此可以建模任意形状的物体和任意形式的物体运动。图中展示了一个两节的公交车正在启动的场景，蓝色表示运动的体素，红色表示静止的体素，Occupancy Network精确地估计出了公交车的第一节已经开始运动，而第二节还处于静止状态。

图1 Tesla Occupancy Network
▲对正在启动的两节公交车的occupancy估计，蓝色表示运动的体素，红色表示静止的体素

特斯拉的Occupancy Network 模型结构如下图所示。首先模型利用RegNet和BiFPN从多相机获取特征，然后模型通过带3D空间位置的spatial query对2D图像特征进行基于attention的多相机融合。如何实现3D spatial query和2D特征图之间的联系呢？具体融合的方式图中没有细讲，但最有可能采取的是两种方案：

• 第一种，叫做3D-to-2D query，即根据每个相机的内外参将3D spatial query投影到2D特征图上，提取对应位置的特征。该方法在DETR3D[1]中提出，BEVFormer[2]和PolarFormer[3]也采取了该思想。

• 第二种，是利用positional embedding来进行隐式的映射，即将2D特征图的每个位置加上合理的positional embedding，如相机内外参、像素坐标等，然后让模型自己学习2D到3D特征的对应关系，该方法在论文PETR中提出[4]。再接下来模型进行时序融合，实现的方法是根据已知的自车位置和姿态变化，将3D特征空间进行拼接。

不光是上述提到的BEVFormer、PETR算法，我们在本课程中会详细的分析、总结和对比不同算法之间的来龙去脉，各自发展的过程，核心思想和优化点。

这一工作的分享，激发了大家对自动驾驶感知算法方向的探讨，普遍认为占据网络是未来感知算法的终极解决方案 。通过稠密的空间体素占用确定自动驾驶车辆的感知结果，为预测和规划提供更加准备的条件。更加有利于特征时序融合、做到自动驾驶端到端的解决方案，最终实现L4，直至L5完全无人驾驶。

图2 空间占据预测示例（TPVFormer、OccFormer）

不知道怎么学习占据网络？学习难度大？

今年来，学术界和工业界都在视觉occupancy方面有了大量的工作，从纯视觉的方案到多传感器的方案、从前向预测到后向预测，再到最近提出的forward-backward联合方案。对于我们初学者，造成了极大的学习困难。一下子不知道如何下手，从哪开始。本课程的出发点就是为了解决这个痛点，应该算是国内外对于占据网络全面讲解的第一个课程或者专题内容。

在接下来的很长一段时间，我会从自动驾驶从业者的角度，跟大家一起学习和分享占据网络的发展及其算法原理，同时我们也提供了代码实践内容。以通俗的语言讲解从2D目标检测到BEV视角下的3D目标检测，再到3D空间占用算法的整个过程。并且尤其关注到算法原理本身，对比不同算法，详细分析其核心思想和各算法的优化点。更为特别的，在本课程中，我们会给出两个占据网络的复现和优化，让你快速复现，学以致用。尤其适合目前正在求职的朋友、对自动驾驶感知算法感兴趣的跨行就职者。每个章节都会有详细的课件和答疑群，欢迎大家一起交流！课程后，会有一个大作业，根据给出的条件和目标，思路提示，完成占据网络算法的优化，提升mIoU指标。

图3 课程源代码

课程特色

• 由浅入深，通俗易懂

作者根据多年的自动驾驶经验，从占据网络的发展过程详细的阐述从2D检测到BEV 3D检测再到占据网络，讲清楚为什么前一方法不适用，各自方法有什么局限性。占据网络的神力又在哪里？由浅入深，一个问题一个问题解答。

• Occ算法全覆盖，高度提炼

涵盖当前几乎所有的占据网络算法，融会贯通，总结和提炼各自算法的核心思想，引出新的思考。

• 理论结合实战

项目实战和理论结合，实战课程的课后配套实战代码和操作文档，随学随练、快速掌握。

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课程目录

#自动驾驶感知算法之占据网络专题#

	课程章节（点击标题展开章节详情🔎）	课程视频	课件PPT	源代码
🔥 试看	一、BEV感知概述（3周） 课程目录 1.1 课程介绍和内容设计 1.2 BEV感知算法的基本介绍 1.3 相比于PV视角的差异性 1.4 BEV和OccNet的联系 1.5 主流的方法一览（2周） 1.5.1 LSS 1.5.2 BEVDet 1.5.3 BEVFormer 1.5.4 DETR3D 1.5.5 FUTR3D	[📹 Video] | [百度网盘] 提取码: mnee	[PPT]() | [百度网盘]
🔥 试看	二、占据栅格网络概述(1.5周) 课程目录 2.1 3D语义场景补全（SSC）介绍 2.2 占据网络基本思路 2.3 纯视觉和多模态分类 2.3.1 纯视觉方案 2.3.2 点云方案 2.4 Occpuancy网络基本流程梳理 2.5 优势与挑战	[📹 Video] | [百度网盘] 提取码: akkb	[PPT]() | [百度网盘]()
	三、重要数据集和Benchmark介绍（1周） 课程目录 3.1. 主流数据集介绍 3.1.1 nuScenes 3.1.2 SemanticKITTI 3.2. Benchmark对比 3.2.1 指标介绍 3.2.2 当前现状 3.3. 主要的竞赛Challenge介绍	[📹 Video] | [百度网盘]()	[PPT]() | [百度网盘]()
	四、基于纯视觉的Occ算法（6周） 课程目录 4.1 纯视觉方法概括 4.2 多目相机方案（3周） 4.2.1 方案概述 4.2.2 TPVFormer 4.2.3 OccFormer 4.2.4 OccDepth 4.2.5 voxformer 4.2.6 Occ-BEV 4.2.7 BEV-IO 4.2.8 SurroundOcc 4.2.9方法对比 4.2.10代码实战（1周） 4.3 单目相机方案（2周） 4.3.1 方法概述 4.3.2 单目相机3D检测 4.3.2.1 PGD 4.3.2.2 SMOKE 4.3.2.3 Monoflex 4.3.2.4 FCOS3D 4.3.3 单目相机Occ代表工作 4.3.3.1 MonoScene 原理 4.3.3.2 StereoScene 原理 4.3.4 方法对比 4.3.5 代码实战	[📹 Video] | [百度网盘]()	[PPT]() | [百度网盘]()
	五、基于点云和多模态融合的Occ方案（4周） 课程目录 5.1 多模态方式Occ概述 5.2 点云3D检测网络介绍（1.5周） 5.2.1 VoxelNet 5.2.2 PointPillar 5.3 BEV下的3D点云感知（2周） 5.3.1 FastPillars 5.3.2 SECOND 5.3.3 OpenOccupancy 5.4 方案对比	[📹 Video] | [百度网盘]()	[PPT]() | [百度网盘]()
	六、课程展望与总结（1周） 课程目录 6.1 Occ应用Nerf的一些思考 6.2 基本现状和发展趋势	[📹 Video] | [百度网盘]
	七、大作业(实践内容)（2周） 课程目录 7.1 复现一个纯视觉方案，走通数据标定、3D目标检测、BEV视角坐标对齐、3D语义场景补全补全完整流程。 7.2 参考答案	[📹 Video] | [百度网盘]	[PPT]() | [百度网盘]
🔥 试看	八、补充材料（1周） 课程目录 8.1 Transformer in Vision 8.2 BEV+Transformer 8.3 E2E、LLM、Data-driven	[📹 Video] | [百度网盘]
	🎉 课程彩蛋 这是一个彩蛋 🥚

Quick-start

git clone https://github.com/Charmve/OccNet-Course ～/mway
cd ～/mway/OccNet-Course

scripts/start_dev_docker.sh
scripts/goto_dev_docker.sh

cd Chapter07-FinalProject/OccNet

课件代码一应俱全

细致的讲解，不光要有理论，代码及实践也一定要讲透彻！通过全套的视频讲解，帮你在脑海中搭建模型的基本框架，彻底搞懂每一个知识点，从而提高写代码的效率和速度。

图4 课程源代码

图5 课件PPT

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讲师介绍

我是 Charmve，在多家自动驾驶头部公司任职，主要关注在BEV视觉感知、3D场景重建，有多个自动驾驶量产项目经验。近年来，尤其关注在占据网络的研发上，根据个人所学所思和工作实践，跟大家一起分享这个主题内容。

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课程学后收获

1. 对占据网络有较为全面的认识，深入理解各种算法的核心思想和原理，尽可能做到融会贯通，结合实际工作，改善和提高系统感知能力；
2. 对自动驾驶系统的感知算法会有较深入的理解，掌握感知算法的设计痛点和难点；
3. 学完本课程，并理解本课程所讲解的内容，你将会是占据网络掌握的少数人！
4. 提高从业竞争力，卷过同级身边人，同时也能够结识许多行业从业人员与学习合作伙伴！

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适合人群

1. 计算机视觉与自动驾驶感知相关研究方向的本科/硕士/博士；
2. CV与自动驾驶2D/3D感知相关算法工程人员；
3. 对占据网络算法感兴趣的朋友，要是有实际需求会更好；
4. 对计算机视觉有部分了解，具有一定的Python、Pytorch基础的小伙伴；

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开课时间与学习方式

2023年11月份开始学习之路，历经两个月，离线视频授课。主讲老师在微信学习群内答疑，对课程中的算法、代码、环境配置等问题一一解惑！

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