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BEVFusion: A Simple and Robust LiDAR-Camera Fusion Framework
BEVFusion：一个简单而强大的LiDAR-相机融合框架
NeurIPS 2022
多模态传感器融合意味着信息互补、稳定，是自动驾驶感知的重要一环，本文注重工业落地，实际应用
融合方案:
前融合（数据级融合）指通过空间对齐直接融合不同模态的原始传感器数据。
深度融合（特征级融合）指通过级联或者元素相乘在特征空间中融合跨模态数据。
后融合（目标级融合）指将各模态模型的预测结果进行融合，做出最终决策。
//
框架与以前的激光雷达-相机融合方法的比较:
a.将图像特征投影到原始点云上的点级融合机制
从点出发，从点云中采样一些点，然后根据相机的内参和外参矩阵，投影到图像上，采样到图像特征，然后拼接回点云，利用融合后的特征经过点云处理模块去做3D检测
b.将LiDAR 特征或建议分别投影到每个视图图像上以提取RGB信息的特征级融合机制
将两种模态的中间特征通过内外参矩阵，拼接投影，融合出完整的特征，传递的是query,输入点云，通过一个点云网络，得到初始位置，初始位置去图像上采样特征，采样完再拼接到原始点云特征上
c.提出将相机网络与LiDAR输入分离
相机内外参偏差，点云投影会有偏差；相机卡帧；雷达出问题
前两种有主次依赖关系，一方出错影响另一方，故提出并行框架
///
BEVFusion主体结构
包括相机模块Camera Stream，点云模块LiDAR Stream以及融合模块
图像分支：
Camera Stream设计流程：
步骤1：2D Backbone提取基础图像特征(LSS)
步骤2：FPN+ADP，多尺度特征融合
步骤3：2D → 3D特征转换模块
步骤4：3D → BEV特征编码模块
输出：Camera BEV Features
//
FPN+ADP设计流程：
输入：基础图像特征
步骤1：每层特征使用ADP模块
步骤2：ADP模块包括上采样、池化、卷积
步骤3：多层特征融合
输出：多尺度融合特征
/
2D → 3D特征转换模块:
输入：多尺度融合特征
步骤1：深度分布估计
步骤2：2D到3D投影计算
输出：3D伪体素特征
/
点云分支
LiDAR Stream设计流程：
输入：原始点云
主要步骤：通过3D Backbone，处理原始点云数据，同时压缩到BEV空间，生成BEV特征
输出：LiDAR BEV Features
用的是 pointpillar结构 点柱
Fusion Module
融合模块
Fusion Module设计流程：
输入：点云和图像BEV特征
步骤1：按通道维度级联点云和图像BEV特征，再通过卷积网络提取级联后的特征
步骤2：通过全局平均池化和卷积预测，实现对级联特征的自适应挑选
输出：融合后的特征
/
模态消融实验：
多模态的可行性，橙色框表示该范围内物体点云信息被丢弃，但BEVFusion可以通过camera分支恢复
nuScenes验证集(上)和测试集(下)的结果:
/
阿里&北大版本的bevfusion环境部署：
首先git项目
https://github.com/ADLab-AutoDrive/BEVFusion.git
mmdet - INFO - Environment info:
------------------------------------------------------------
sys.platform: linux
Python: 3.8.3 (default, Jul 2 2020, 16:21:59) [GCC 7.3.0]
CUDA available: True
GPU 0,1: NVIDIA GeForce RTX 3090
CUDA_HOME: /usr/local/cuda
NVCC: Build cuda_11.1.TC455_06.29190527_0
GCC: gcc (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 7.5.0
PyTorch: 1.8.0+cu111
PyTorch compiling details: PyTorch built with:- GCC 7.3- C++ Version: 201402- Intel(R) Math Kernel Library Version 2020.0.0 Product Build 20191122 for Intel(R) 64 architecture applications- Intel(R) MKL-DNN v1.7.0 (Git Hash 7aed236906b1f7a05c0917e5257a1af05e9ff683)- OpenMP 201511 (a.k.a. OpenMP 4.5)- NNPACK is enabled- CPU capability usage: AVX2- CUDA Runtime 11.1- NVCC architecture flags: -gencode;arch=compute_37,code=sm_37;-gencode;arch=compute_50,code=sm_50;-gencode;arch=compute_60,code=sm_60;-gencode;arch=compute_70,code=sm_70;-gencode;arch=compute_75,code=sm_75;-gencode;arch=compute_80,code=sm_80;-gencode;arch=compute_86,code=sm_86- CuDNN 8.0.5- Magma 2.5.2- Build settings: BLAS_INFO=mkl, BUILD_TYPE=Release, CUDA_VERSION=11.1, CUDNN_VERSION=8.0.5, CXX_COMPILER=/opt/rh/devtoolset-7/root/usr/bin/c++, CXX_FLAGS= -Wno-deprecated -fvisibility-inlines-hidden -DUSE_PTHREADPOOL -fopenmp -DNDEBUG -DUSE_KINETO -DUSE_FBGEMM -DUSE_QNNPACK -DUSE_PYTORCH_QNNPACK -DUSE_XNNPACK -O2 -fPIC -Wno-narrowing -Wall -Wextra -Werror=return-type -Wno-missing-field-initializers -Wno-type-limits -Wno-array-bounds -Wno-unknown-pragmas -Wno-sign-compare -Wno-unused-parameter -Wno-unused-variable -Wno-unused-function -Wno-unused-result -Wno-unused-local-typedefs -Wno-strict-overflow -Wno-strict-aliasing -Wno-error=deprecated-declarations -Wno-stringop-overflow -Wno-psabi -Wno-error=pedantic -Wno-error=redundant-decls -Wno-error=old-style-cast -fdiagnostics-color=always -faligned-new -Wno-unused-but-set-variable -Wno-maybe-uninitialized -fno-math-errno -fno-trapping-math -Werror=format -Wno-stringop-overflow, LAPACK_INFO=mkl, PERF_WITH_AVX=1, PERF_WITH_AVX2=1, PERF_WITH_AVX512=1, TORCH_VERSION=1.8.0, USE_CUDA=ON, USE_CUDNN=ON, USE_EXCEPTION_PTR=1, USE_GFLAGS=OFF, USE_GLOG=OFF, USE_MKL=ON, USE_MKLDNN=ON, USE_MPI=OFF, USE_NCCL=ON, USE_NNPACK=ON, USE_OPENMP=ON, TorchVision: 0.9.0+cu111
OpenCV: 4.8.1
MMCV: 1.4.0
MMCV Compiler: GCC 7.3
MMCV CUDA Compiler: 11.1
MMDetection: 2.11.0
MMDetection3D: 0.11.0+fb4384c
------------------------------------------------------------
库：
# packages in environment at /root/miniconda3/envs/bevfusion:
#
# Name Version Build Channel
_libgcc_mutex 0.1 main https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
_openmp_mutex 5.1 1_gnu https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
absl-py 2.0.0 pypi_0 pypi
addict 2.4.0 pypi_0 pypi
anyio 4.0.0 pypi_0 pypi
argon2-cffi 23.1.0 pypi_0 pypi
argon2-cffi-bindings 21.2.0 pypi_0 pypi
arrow 1.3.0 pypi_0 pypi
asttokens 2.4.0 pypi_0 pypi
async-lru 2.0.4 pypi_0 pypi
attrs 23.1.0 pypi_0 pypi
babel 2.13.0 pypi_0 pypi
backcall 0.2.0 pypi_0 pypi
beautifulsoup4 4.12.2 pypi_0 pypi
black 23.9.1 pypi_0 pypi
bleach 6.1.0 pypi_0 pypi
ca-certificates 2023.08.22 h06a4308_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
cachetools 5.3.1 pypi_0 pypi
certifi 2023.7.22 pypi_0 pypi
cffi 1.16.0 pypi_0 pypi
charset-normalizer 3.3.0 pypi_0 pypi
click 8.1.7 pypi_0 pypi
comm 0.1.4 pypi_0 pypi
contourpy 1.1.1 pypi_0 pypi
cycler 0.12.1 pypi_0 pypi
cython 0.29.32 pypi_0 pypi
debugpy 1.8.0 pypi_0 pypi
decorator 5.1.1 pypi_0 pypi
defusedxml 0.7.1 pypi_0 pypi
descartes 1.1.0 pypi_0 pypi
exceptiongroup 1.1.3 pypi_0 pypi
executing 2.0.0 pypi_0 pypi
fastjsonschema 2.18.1 pypi_0 pypi
filelock 3.12.4 pypi_0 pypi
fire 0.5.0 pypi_0 pypi
flake8 6.1.0 pypi_0 pypi
fonttools 4.43.1 pypi_0 pypi
fqdn 1.5.1 pypi_0 pypi
fsspec 2023.9.2 pypi_0 pypi
google-auth 2.23.3 pypi_0 pypi
google-auth-oauthlib 1.0.0 pypi_0 pypi
grpcio 1.59.0 pypi_0 pypi
huggingface-hub 0.18.0 pypi_0 pypi
idna 3.4 pypi_0 pypi
imageio 2.31.5 pypi_0 pypi
importlib-metadata 6.8.0 pypi_0 pypi
importlib-resources 6.1.0 pypi_0 pypi
iniconfig 2.0.0 pypi_0 pypi
ipykernel 6.25.2 pypi_0 pypi
ipython 8.12.3 pypi_0 pypi
ipython-genutils 0.2.0 pypi_0 pypi
ipywidgets 8.1.1 pypi_0 pypi
isoduration 20.11.0 pypi_0 pypi
jedi 0.19.1 pypi_0 pypi
jinja2 3.1.2 pypi_0 pypi
joblib 1.3.2 pypi_0 pypi
json5 0.9.14 pypi_0 pypi
jsonpointer 2.4 pypi_0 pypi
jsonschema 4.19.1 pypi_0 pypi
jsonschema-specifications 2023.7.1 pypi_0 pypi
jupyter 1.0.0 pypi_0 pypi
jupyter-client 8.4.0 pypi_0 pypi
jupyter-console 6.6.3 pypi_0 pypi
jupyter-core 5.4.0 pypi_0 pypi
jupyter-events 0.7.0 pypi_0 pypi
jupyter-lsp 2.2.0 pypi_0 pypi
jupyter-server 2.7.3 pypi_0 pypi
jupyter-server-terminals 0.4.4 pypi_0 pypi
jupyterlab 4.0.7 pypi_0 pypi
jupyterlab-pygments 0.2.2 pypi_0 pypi
jupyterlab-server 2.25.0 pypi_0 pypi
jupyterlab-widgets 3.0.9 pypi_0 pypi
kiwisolver 1.4.5 pypi_0 pypi
ld_impl_linux-64 2.38 h1181459_1 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
libffi 3.3 he6710b0_2 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
libgcc-ng 11.2.0 h1234567_1 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
libgomp 11.2.0 h1234567_1 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
libstdcxx-ng 11.2.0 h1234567_1 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
llvmlite 0.31.0 pypi_0 pypi
lyft-dataset-sdk 0.0.8 pypi_0 pypi
markdown 3.5 pypi_0 pypi
markupsafe 2.1.3 pypi_0 pypi
matplotlib 3.6.2 pypi_0 pypi
matplotlib-inline 0.1.6 pypi_0 pypi
mccabe 0.7.0 pypi_0 pypi
mistune 3.0.2 pypi_0 pypi
mmcv-full 1.4.0 pypi_0 pypi
mmdet 2.11.0 dev_0 <develop>
mmdet3d 0.11.0 dev_0 <develop>
mmpycocotools 12.0.3 pypi_0 pypi
mypy-extensions 1.0.0 pypi_0 pypi
nbclient 0.8.0 pypi_0 pypi
nbconvert 7.9.2 pypi_0 pypi
nbformat 5.9.2 pypi_0 pypi
ncurses 6.4 h6a678d5_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
nest-asyncio 1.5.8 pypi_0 pypi
networkx 2.2 pypi_0 pypi
notebook 7.0.5 pypi_0 pypi
notebook-shim 0.2.3 pypi_0 pypi
numba 0.48.0 pypi_0 pypi
numpy 1.19.5 pypi_0 pypi
nuscenes-devkit 1.1.9 pypi_0 pypi
oauthlib 3.2.2 pypi_0 pypi
opencv-python 4.8.1.78 pypi_0 pypi
openssl 1.1.1w h7f8727e_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
overrides 7.4.0 pypi_0 pypi
packaging 23.2 pypi_0 pypi
pandas 1.4.4 pypi_0 pypi
pandocfilters 1.5.0 pypi_0 pypi
parso 0.8.3 pypi_0 pypi
pathspec 0.11.2 pypi_0 pypi
pexpect 4.8.0 pypi_0 pypi
pickleshare 0.7.5 pypi_0 pypi
pillow 10.1.0 pypi_0 pypi
pip 23.2.1 py38h06a4308_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
pkgutil-resolve-name 1.3.10 pypi_0 pypi
platformdirs 3.11.0 pypi_0 pypi
plotly 5.11.0 pypi_0 pypi
pluggy 1.3.0 pypi_0 pypi
plyfile 1.0.1 pypi_0 pypi
prometheus-client 0.17.1 pypi_0 pypi
prompt-toolkit 3.0.39 pypi_0 pypi
protobuf 4.24.4 pypi_0 pypi
psutil 5.9.6 pypi_0 pypi
ptyprocess 0.7.0 pypi_0 pypi
pure-eval 0.2.2 pypi_0 pypi
pyasn1 0.5.0 pypi_0 pypi
pyasn1-modules 0.3.0 pypi_0 pypi
pycocotools 2.0.7 pypi_0 pypi
pycodestyle 2.11.1 pypi_0 pypi
pycparser 2.21 pypi_0 pypi
pyflakes 3.1.0 pypi_0 pypi
pygments 2.16.1 pypi_0 pypi
pyparsing 3.1.1 pypi_0 pypi
pyquaternion 0.9.9 pypi_0 pypi
pytest 7.4.2 pypi_0 pypi
python 3.8.3 hcff3b4d_2 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
python-dateutil 2.8.2 pypi_0 pypi
python-json-logger 2.0.7 pypi_0 pypi
pytz 2023.3.post1 pypi_0 pypi
pywavelets 1.4.1 pypi_0 pypi
pyyaml 6.0.1 pypi_0 pypi
pyzmq 25.1.1 pypi_0 pypi
qtconsole 5.4.4 pypi_0 pypi
qtpy 2.4.0 pypi_0 pypi
readline 8.2 h5eee18b_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
referencing 0.30.2 pypi_0 pypi
requests 2.31.0 pypi_0 pypi
requests-oauthlib 1.3.1 pypi_0 pypi
rfc3339-validator 0.1.4 pypi_0 pypi
rfc3986-validator 0.1.1 pypi_0 pypi
rpds-py 0.10.6 pypi_0 pypi
rsa 4.9 pypi_0 pypi
safetensors 0.4.0 pypi_0 pypi
scikit-image 0.19.3 pypi_0 pypi
scikit-learn 1.1.3 pypi_0 pypi
scipy 1.9.3 pypi_0 pypi
send2trash 1.8.2 pypi_0 pypi
setuptools 68.0.0 py38h06a4308_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
shapely 1.8.5.post1 pypi_0 pypi
six 1.16.0 pypi_0 pypi
sniffio 1.3.0 pypi_0 pypi
soupsieve 2.5 pypi_0 pypi
sqlite 3.41.2 h5eee18b_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
stack-data 0.6.3 pypi_0 pypi
tenacity 8.2.3 pypi_0 pypi
tensorboard 2.14.1 pypi_0 pypi
tensorboard-data-server 0.7.1 pypi_0 pypi
termcolor 2.3.0 pypi_0 pypi
terminado 0.17.1 pypi_0 pypi
terminaltables 3.1.10 pypi_0 pypi
threadpoolctl 3.2.0 pypi_0 pypi
tifffile 2023.7.10 pypi_0 pypi
timm 0.9.7 pypi_0 pypi
tinycss2 1.2.1 pypi_0 pypi
tk 8.6.12 h1ccaba5_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
tomli 2.0.1 pypi_0 pypi
torch 1.8.0+cu111 pypi_0 pypi
torchaudio 0.8.0 pypi_0 pypi
torchvision 0.9.0+cu111 pypi_0 pypi
tornado 6.3.3 pypi_0 pypi
tqdm 4.66.1 pypi_0 pypi
traitlets 5.11.2 pypi_0 pypi
types-python-dateutil 2.8.19.14 pypi_0 pypi
typing-extensions 4.8.0 pypi_0 pypi
uri-template 1.3.0 pypi_0 pypi
urllib3 2.0.6 pypi_0 pypi
wcwidth 0.2.8 pypi_0 pypi
webcolors 1.13 pypi_0 pypi
webencodings 0.5.1 pypi_0 pypi
websocket-client 1.6.4 pypi_0 pypi
werkzeug 3.0.0 pypi_0 pypi
wheel 0.41.2 py38h06a4308_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
widgetsnbextension 4.0.9 pypi_0 pypi
xz 5.4.2 h5eee18b_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
yapf 0.32.0 pypi_0 pypi
zipp 3.17.0 pypi_0 pypi
zlib 1.2.13 h5eee18b_0 https://mirrors.ustc.edu.cn/anaconda/pkgs/main
最重要的是这三个：
mmcv-full一定要下载好与环境对应的版本，不然会影响编译，出奇怪的环境错误
提供我用的mmcv-full地址mmcv-full 1.4.0 cuda11 torch1.8.0版本
下好后直接pip安装这个压缩包（mmcv-full 1.4.0 安装好了）
其他的可以按照如上先pip install 下好,以免编译过程系统找这些包超时，也可直接编译，报一个不匹配装一个
然后 cd mmdetection-2.11.0，依次执行
pip install -r requirements/build.txt
pip install -v -e . # or "python setup.py develop"
（mmdet 2.11.0 编译完毕）
编译最好执行这个命令：python setup.py develop
mmdetection3d没必要按他说的重新下载，整个文件夹就相当是，所以直接回到上级目录，执行 python setup.py develop（mmdet3d 0.11.0 编译完毕）
data文件直接在BEVFusion下创建，并把下载好的nuscenes解压放好，包括测试集解压后470多g
执行
python tools/create_data.py nuscenes --root-path ./data/nuscenes --out-dir ./data/nuscenes --extra-tag nuscenes处理数据，要点时间
# training example for bevfusion-pointpillar
# train nuimage for camera stream backbone and neck.
./tools/dist_train.sh configs/bevfusion/cam_stream/mask_rcnn_dbswin-t_fpn_3x_nuim_cocopre.py 8
# first train camera stream
./tools/dist_train.sh configs/bevfusion/cam_stream/bevf_pp_4x8_2x_nusc_cam.py 8
# then train LiDAR stream
./tools/dist_train.sh configs/bevfusion/lidar_stream/hv_pointpillars_secfpn_sbn-all_4x8_2x_nus-3d.py 8
# then train BEVFusion
./tools/dist_train.sh configs/bevfusion/bevf_pp_2x8_1x_nusc.py 8
8是gpu数，按卡数改
执行训练，第一条nuimage的训练可以忽略，直接git上下载模型放好，后面三条语句依次执行就行，官方要求3090*8，自己没这么多卡，就两张，把batchsize调为1勉强能跑