DE102021000803A1 - Method for training a neural network of an electronic computing device of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trainieren von einem neuronalen Netzwerk (10) einer elektronischen Recheneinrichtung (12) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Umgebungsdaten (14) mit zumindest einem Objekt bereitgestellt werden und virtuelle Trainingsdaten (16) für ein weiteres Objekt bereitgestellt werden, wobei das neuronale Netzwerk (10) zumindest mit den Umgebungsdaten (14) und den virtuellen Trainingsdaten (16) trainiert wird, wobei die virtuellen Trainingsdaten (14) für das weitere Objekt in Abhängigkeit von einem Parameter (18) verändert werden und als nochmals weitere virtuelle Trainingsdaten (20) für ein nochmals weiteres Objekt bereitgestellt werden und das neuronale Netzwerk (10) mittels der Umgebungsdaten (14), der virtuellen Trainingsdaten (16) und der weiteren virtuellen Trainingsdaten (18) trainiert wird.The invention relates to a method for training a neural network (10) of an electronic computing device (12) of a motor vehicle, in which environmental data (14) are provided with at least one object and virtual training data (16) are provided for a further object, the neural network (10) is trained at least with the environment data (14) and the virtual training data (16), the virtual training data (14) for the further object being changed as a function of a parameter (18) and as further virtual training data ( 20) are provided for yet another object and the neural network (10) is trained by means of the environment data (14), the virtual training data (16) and the further virtual training data (18).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trainieren von einem neuronalen Netzwerk einer elektronischen Recheneinrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for training a neural network of an electronic computing device of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass für einen zumindest teilweise autonomen Betrieb eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise für einen vollautonomen Betrieb des Kraftfahrzeugs Daten benötigt werden, um ein entsprechendes neuronales Netzwerk für die teilweise autonome Fahrt beziehungsweise die vollautonome Fahrt zu trainieren. Bei einer realen Aufnahme solcher Daten sind jedoch entsprechende Szenen oft objektleer, was zu vielen ähnlich aussehenden Szenen mit wenig Varianz führt. Es ist gängig, dass man während des Trainings die Daten augmentiert und auch einen Katalog der vorhandenen Objekte anlegt, die man dann an anderen Stellen wieder in die Daten einfügen kann. Dies erhöht die Varianz der Daten. Jedoch ist immer noch diese Datenmenge sehr stark limitiert, was Objekte angeht, die trotzdem nur genutzt werden können, die irgendwo im Datensatz auftreten. Einige Methoden verbinden daher diese Art der Augmentierung mit simulierten Daten oder Daten, die direkt aus Rauschen von neuronalen Netzwerken erzeugt werden. Das erhöht die Performance und ist kostengünstig. Jedoch sind auch hier die generierten Objekte oftmals in ihrer räumlichen Ausdehnung eingeschränkt beziehungsweise sind nicht optimal auf die Szeneneigenschaften des Datensatzes abgestimmt.It is already known from the prior art that data are required for at least partially autonomous operation of a motor vehicle or for fully autonomous operation of the motor vehicle in order to train a corresponding neural network for partially autonomous driving or fully autonomous driving. When such data are actually recorded, however, the corresponding scenes are often empty of objects, which leads to many similar-looking scenes with little variance. It is common practice to augment the data during training and also to create a catalog of the existing objects, which can then be reinserted into the data at other points. This increases the variance of the data. However, this amount of data is still very limited in terms of objects that can still only be used that occur somewhere in the data set. Some methods therefore combine this type of augmentation with simulated data or data that are generated directly from noise from neural networks. This increases the performance and is inexpensive. However, here too the generated objects are often limited in their spatial extent or are not optimally matched to the scene properties of the data set.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem ein verbessertes Training eines neuronalen Netzwerks einer elektronischen Recheneinrichtung realisiert wird.The object of the present invention is to provide a method by means of which an improved training of a neural network of an electronic computing device is implemented.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method according to the independent patent claim. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trainieren von einem neuronalen Netzwerk einer elektronischen Recheneinrichtung eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Umgebungsdaten mit zumindest einem Objekt bereitgestellt werden und virtuelle Trainingsdaten für ein weiteres Objekt bereitgestellt werden, wobei das neuronale Netzwerk zumindest mit den Umgebungsdaten und den virtuellen Trainingsdaten trainiert wird.One aspect of the invention relates to a method for training a neural network of an electronic computing device of a motor vehicle, in which environment data are provided with at least one object and virtual training data are provided for a further object, the neural network at least with the environment data and the virtual training data is trained.
Es ist vorgesehen, dass die virtuellen Trainingsdaten für das weitere Objekt in Abhängigkeit von einem Parameter verändert werden und als nochmals weitere virtuelle Trainingsdaten für ein nochmals weiteres Objekt bereitgestellt werden und das neuronale Netzwerk mittels der Umgebungsdaten, der virtuellen Trainingsdaten und der weiteren virtuellen Trainingsdaten trainiert wird.It is provided that the virtual training data for the further object are changed as a function of a parameter and are provided as further virtual training data for yet another object and the neural network is trained using the environment data, the virtual training data and the further virtual training data .
Dadurch kann ein verbessertes Training des neuronalen Netzwerks realisiert werden. Dabei ist das vorgestellte Verfahren nicht auf den Bereich des autonomen Fahrens beschränkt, sondern kann auch bei allen Anwendungen, in denen ein neuronales Netzwerk mit beispielsweise dreidimensionalen Szenen oder Objekten trainiert wird, angewendet werden. Insbesondere wird somit vorgeschlagen, dass eine Erweiterung mit einem einstellbaren Parameter für die räumliche Ausdehnung von Objekten vorgesehen ist. Es erfolgt die Analyse der räumlichen Ausdehnungseigenschaften von dreidimensionalen Objekten im Straßenverkehr. Ferner kann eine einfache und kostengünstige Erzeugung diverser Large-Scale-3D-Objekte zur Datenaugmentierung realisiert werden. Dadurch können insbesondere weniger echte Daten benötigt werden. Es kann eine bessere Augmentierung als bei bisherigen Varianten, zum Beispiel durch Echtobjekte aus dem Datensatz sampeln oder synthetische Objekte einfügen, realisiert werden. Die erzeugten Objekte sind dabei viel diverser als bei anderen Ansätzen und können vom Benutzer auch direkt parametrisiert werden. Ferner können im Wesentlichen unendlich viele Objekte mit sehr vielen diversen Aussehen erzeugt werden, was zu einer besseren Generalisierung von Perception-Netzwerken führt. Bei diesen Perception-Netzwerken kann es sich beispielsweise um eine Objektdetektion, um eine semantische Segmentierung, ein Objekttracking oder dergleichen handeln.This allows improved training of the neural network to be implemented. The method presented is not limited to the field of autonomous driving, but can also be used in all applications in which a neural network is trained with, for example, three-dimensional scenes or objects. In particular, it is therefore proposed that an extension with an adjustable parameter be provided for the spatial expansion of objects. The analysis of the spatial expansion properties of three-dimensional objects in road traffic is carried out. Furthermore, a simple and inexpensive generation of various large-scale 3D objects for data augmentation can be implemented. In particular, this means that less real data may be required. Better augmentation can be achieved than with previous variants, for example by sampling real objects from the data record or inserting synthetic objects. The objects created are much more diverse than with other approaches and can also be parameterized directly by the user. Furthermore, essentially an infinite number of objects with a very large number of different appearances can be generated, which leads to a better generalization of perception networks. These perception networks can be, for example, object detection, semantic segmentation, object tracking or the like.
Insbesondere betrifft somit die Erfindung ein Verfahren zur generativen Augmentierung realer und simulierter Bilddaten für ein Training eines neuronalen Netzes zur Objekterkennung durch ein autonomes Kraftfahrzeug. Dabei werden die neuronalen Netze trainiert, die Punktwolken von Objekten erzeugen. Insbesondere ist vorgeschlagen, dass bei dem Augmentierungsverfahren die räumliche Ausdehnung eines Objekts durch einen variablen Parameter festgelegt wird und die neuronale Netzwerkarchitektur entsprechend erweitert wird. Dieser Parameter ist dabei kontinuierlich und nicht diskret, womit eine „Style-Information“ direkt aus dem „Shape“ berechnet wird.In particular, the invention thus relates to a method for the generative augmentation of real and simulated image data for training a neural network for object recognition by an autonomous motor vehicle. The neural networks that generate point clouds of objects are trained. In particular, it is proposed that, in the augmentation method, the spatial extent of an object is determined by a variable parameter and the neural network architecture is expanded accordingly. This parameter is continuous and not discrete, with which “style information” is calculated directly from the “shape”.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird das neuronale Netzwerk als erzeugendes, gegnerisches Netzwerk bereitgestellt.According to an advantageous embodiment, the neural network is provided as a generating, opposing network.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Umgebungsdaten auf Basis einer realen Umgebungserfassung erzeugt werden.Furthermore, it has proven to be advantageous if the environment data are generated on the basis of a real environment detection.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die virtuellen Trainingsdaten auf Basis der Umgebungsdaten erzeugt werden, wobei die virtuellen Trainingsdaten ein weiteres Objekt beschreiben, welches eine geringe Anwesenheit unterhalb eines AnwesenheitsSchwellwerts in den Umgebungsdaten aufweist.It is also advantageous if the virtual training data are generated on the basis of the environment data, the virtual training data describing a further object which has a low presence below a presence threshold value in the environment data.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird mittels des Parameters eine Größe des weiteren Objekts virtuell verändert, sodass auf Basis der Größenänderung das virtuelle nochmals weitere Objekt erzeugt wird.In a further advantageous embodiment, a size of the further object is virtually changed by means of the parameter, so that the virtual further object is generated again on the basis of the size change.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn das neuronale Netzwerk für eine Auswertung einer Umgebung mittels einer Lidarsensoreinrichtung als eine Erfassungseinrichtung bereitgestellt wird.It is also advantageous if the neural network is provided for an evaluation of an environment by means of a lidar sensor device as a detection device.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the single figure can be used not only in the specified combination, but also in other combinations or on their own, without the frame to leave the invention.
Dabei zeigt die einzige Fig. ein schematisches Ablaufdiagramm zum Trainieren eines neuronalen Netzwerks.The single FIGURE shows a schematic flow chart for training a neural network.
In der Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figure, elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols.
Die Fig. zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zum Trainieren von einem neuronalen Netzwerk
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das neuronale Netzwerk
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Umgebungsdaten
Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels des Parameters
Insbesondere ist somit eine Netzwerkarchitektur vorgeschlagen, die um den Parameter
Es ist somit eine einfache und kostengünstige Erzeugung zusätzlicher Objekte vorgeschlagen, um eine groß angelegte Augmentierung der realen Sensordaten durchzuführen. Hierfür werden die Objektwolken in beispielsweise Lidarsensoraufnahmen eingefügt und erhöhen somit nicht nur die Anzahl der Objekte einer bisher unterrepräsentierten Klasse, sondern auch deren Diversität. Vorliegend ist insbesondere von einer Lidarsensoreinrichtung gesprochen. Es können jedoch auch die Daten für eine Radarsensoreinrichtung, eine Ultraschallsensoreinrichtung oder eine Kamera genutzt werden. Insbesondere kann somit die Performance der Objekterkennung oder semantische Segmentierung erhöht werden. Außerdem ist das Kraftfahrzeug, das mit dieser Technik ausgerüstet ist, auch wesentlich robuster gegenüber dem Auftreten von unerwarteten Objekten, beziehungsweise Objekten, die sonst sehr selten vorkommen.A simple and inexpensive generation of additional objects is therefore proposed in order to carry out a large-scale augmentation of the real sensor data. For this purpose, the object clouds are inserted into, for example, lidar sensor recordings and thus not only increase the number of objects of a previously underrepresented class, but also their diversity. In the present case, a lidar sensor device is used in particular. However, the data can also be used for a radar sensor device, an ultrasonic sensor device or a camera. In particular, the performance of the object recognition or semantic segmentation can thus be increased. In addition, the motor vehicle that is equipped with this technology is also significantly more robust against the occurrence of unexpected objects or objects that otherwise occur very rarely.
Beispielsweise können mehr Daten von Tieren, wie Hunden, erzeugt werden, damit das Kraftfahrzeug den Hund auch korrekt erkennt, obwohl vermutlich in den realen Sensordaten sehr wenige Hunde vorkommen. Zusätzlich verfügen die generierten Daten über teilweise andere statistische Eigenschaften als die aufgenommenen Daten, das hilft dem neuronalen Netzwerk
Insgesamt zeigt die Erfindung ein Verfahren zur generativen Augmentierung realer oder simulierter Lidardaten.Overall, the invention shows a method for the generative augmentation of real or simulated lidar data.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- neuronales Netzwerkneural network
- 1212th
- elektronische Recheneinrichtungelectronic computing device
- 1414th
- UmgebungsdatenEnvironmental data
- 1616
- virtuelle Trainingsdatenvirtual training data
- 1818th
- Parameterparameter
- 2020th
- weitere virtuelle Trainingsdatenfurther virtual training data
- 2222nd
- UmgebungserfassungEnvironment detection
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102018210937 A1 [0003]DE 102018210937 A1 [0003]
Claims (6)
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DE102021000803.0A Withdrawn DE102021000803A1 (en) | 2021-02-16 | 2021-02-16 | Method for training a neural network of an electronic computing device of a motor vehicle |
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