Talk2BEV: Language-enhanced Bird’s-eye View Maps for Autonomous Driving

论文标题为“Talk2BEV: Language-enhanced Bird’s-eye View Maps for Autonomous Driving”，主要介绍了一种新型的视觉-语言模型（LVLM）界面，用于自动驾驶情境中的鸟瞰图（BEV）映射。以下是论文的主要内容概述：

论文摘要和引言

• 主题：Talk2BEV是一种结合了最新的大型语言模型（LLMs）和大型视觉-语言模型（LVLMs）的系统，用于增强自动驾驶（AD）系统中的鸟瞰图（BEV）。
• 目标：通过语言增强的BEV地图，Talk2BEV旨在提供全面的场景理解和推理，以应对各种道路情境。
• 特点：系统不需要针对BEV的特定训练或微调，能够处理多种用户查询，包括自由形式文本查询、多项选择题和空间推理查询。

相关工作

• 论文回顾了与大型视觉-语言模型相关的最新进展，特别是在自动驾驶领域的应用。

Talk2BEV系统

• 语言增强地图：使用预训练的LVLMs从鸟瞰图中提取通用视觉-语言特征。
• 响应生成：生成对用户查询的响应，使用GPT-4等LLMs解析增强的BEV并生成响应。
• 实施细节：使用多视角RGB图像和激光雷达点云生成BEV地图，然后通过LVLMs增强对象的图像语言特征。

Talk2BEV-Bench基准

• 语言增强地图的真实性：从NuScenes数据集中生成1000个场景的真实语言增强BEV地图。
• 问题生成和评估指标：创建超过20000个由人类验证的问题和答案对，涵盖多种评估维度。

结果

• 量化结果：在Talk2BEV-Bench上评估Talk2BEV的表现，包括视觉和空间理解任务。
• 定性结果：展示了Talk2BEV在NuScenes数据集中的应用案例，如预测潜在危险驾驶动作和提供解决方案。
• 空间操作符的影响：展示了空间操作符在空间推理任务中的性能。
• 不同对象类别的表现：报告了不同车辆类别（如两轮车、汽车、卡车和建筑车辆）的性能差异。

结论

• 总结：Talk2BEV利用最新的LLMs和LVLMs，处理包括视觉和空间推理、预测不安全交通互动等多种自动驾驶任务。
• Talk2BEV-Bench：为评估自动驾驶应用中的LVLMs提供了一个新的基准。

总体而言，这篇论文提出了一个创新的方法，通过语言增强的BEV地图，将大型语言模型和视觉-语言模型集成到自动驾驶系统中，以提升场景理解和决策制定能力。

这篇论文的详细信息如下：

论文团队

• 完成团队：由 Vikrant Dewangan, Tushar Choudhary, Shivam Chandhok, Shubham Priyadarshan, Anushka Jain, Arun K. Singh, Siddharth Srivastava, Krishna Murthy Jatavallabhula, 和 K. Madhava Krishna 完成。
• 所属机构：来自印度国际信息技术研究所（IIIT）海得拉巴、不列颠哥伦比亚大学、塔尔图大学、TensorTour Inc. 和麻省理工学院（MIT）【20†source】。

应用场景

• 主要应用场景：自动驾驶（AD）系统中的鸟瞰图（BEV）增强。
• 目标：通过将语言和视觉模型结合在BEV地图表示中，以应对多种自动驾驶任务，包括视觉和空间推理、预测交通参与者的意图，以及基于视觉线索的决策制定【21†source】。

解决的问题

• 核心问题：现有自动驾驶感知系统主要关注预定义的物体类别和驾驶场景，缺乏灵活性和广泛适用性。

提出的解决方案

• Talk2BEV系统：这是首个用于自动驾驶场景的语言增强BEV地图系统，它使用预训练的图像-语言模型，不需要针对特定任务的训练或微调。此外，还开发了Talk2BEV-Bench基准，用于评估LVLMs在AD应用中的表现【22†source】。

实验验证方式

• 实验设计：使用Lift-Splat-Shoot模型从多视角图像生成BEV地图，并使用BLIP-2、MiniGPT-4 和 InstructBLIP-2等LVLMs计算视觉-语言特征。这些特征用于生成物体描述【23†source】。
• Talk2BEV-Bench基准：从NuScenes数据集生成1000个场景的语言增强BEV地图，包括超过20000个人类验证的问题-答案对，评估包括对象属性理解、实例计数、视觉推理、决策制定和空间推理在内的多个维度【24†source】。

数据集、实验设计和对比基线

• 数据集：使用NuScenes数据集。
• 实验设计：量化评估显示，Talk2BEV能够处理一系列视觉和空间理解任务，并且通过使用基本空间操作符API，显著提高了空间推理任务的性能【25†source】。
• 对比基线：为评估空间操作符的影响，实验中使用了一个随机猜测方法作为基线。结果显示，与直接使用LLM（如GPT-4）进行空间推理相比，整合空间操作符的Talk2BEV在Jaccard指数和距离误差方面表现显著提高【27†source】。
• 性能差异：在不同物体类别（如两轮车、汽车、卡车和建筑车辆）的表现中，小型车辆如自行车和摩托车的表现不如大型车辆【28†source】。

结论

• 总结：Talk2BEV利用最新的LLMs和LVLMs处理包括视觉和空间推理、预测不安全交通互动等多种自动驾驶任务。同时，Talk2BEV-Bench为后续的LVLMs