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內(nèi)容簡介

　　計算機(jī)視覺以及深度學(xué)習(xí)技術(shù)構(gòu)成了智能駕駛甚至自動駕駛的技術(shù)基礎(chǔ)。隨著智能駕駛技術(shù)的逐漸普及，計算機(jī)視覺以及深度學(xué)習(xí)技術(shù)在汽車行業(yè)受到了越來越多的關(guān)注。本書從自動駕駛技術(shù)的歷史和發(fā)展講起，圍繞計算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)技術(shù)逐漸深入，介紹了其在自動駕駛中涉及的諸如學(xué)習(xí)模型、OpenCV技術(shù)、CNN改進(jìn)圖像分類器、語義分割等技術(shù)，并介紹了它們在自動駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐和實(shí)際工程案例?！队嬎銠C(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)在自動駕駛汽車中的應(yīng)用》可作為自動駕駛、人工智能、汽車與制造等行業(yè)工程技術(shù)人員的學(xué)習(xí)參考書，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)師生的參考書。對于自動駕駛和智能汽車產(chǎn)業(yè)愛好者和產(chǎn)業(yè)研究員而言，本書也具有相當(dāng)高的參考價值。

作者簡介

　　蘇米特·蘭詹（Sumit Ranjan）是電子與通信專業(yè)工學(xué)碩士。他是一位充滿熱情的數(shù)據(jù)科學(xué)家，致力于解決業(yè)務(wù)問題，在汽車、醫(yī)療、半導(dǎo)體、云虛擬化和保險等領(lǐng)域提供了無與倫比的跨領(lǐng)域用戶體驗(yàn)。他在構(gòu)建應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)需求的機(jī)器學(xué)習(xí)、計算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)解決方案方面經(jīng)驗(yàn)豐富。他曾獲得KPIT Technologies頒發(fā)的自動駕駛汽車學(xué)者獎，并在梅賽德斯-奔馳研發(fā)中心參與多個研究項(xiàng)目。除了工作，他的愛好是旅游和探索新地方、野生動物攝影和寫博客。寫書比我想象得更難，也比我想象得更有價值。首先，我要感謝Packt Publishing的所有人對我的支持。特別感謝總是很有耐心的編輯Nathanya和Ayaan，優(yōu)秀的策劃編輯Girish，幫助我改善書中技術(shù)方面的Utkarsha和Sonam，以及最優(yōu)秀的項(xiàng)目經(jīng)理Gebin。感謝我的家人一直支持我，感謝我的導(dǎo)師Sikandar、Ashis和Arjun，因?yàn)橛辛怂麄?，我才到了這里。如果沒有好友Divya、Pramod和Ranjeet，那么這本書將不可能完成，他們讓我的生活變得精彩，謝謝他們在我寫這本書時給我的所有支持。S. 森塔米拉蘇（S. Senthamilarasu）出生并成長于泰米爾納德邦的哥印拜陀市。他是一名技術(shù)專家、設(shè)計師、演說家、短篇小說作家、期刊評審人、教育工作者和科研工作者。他喜歡學(xué)習(xí)新技術(shù)，解決IT行業(yè)中的實(shí)際問題。他發(fā)表了多篇論文，并在多種國際會議上做過報告。他的研究領(lǐng)域包括數(shù)據(jù)挖掘、圖像處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。他喜歡閱讀泰米爾語小說，并積極參與社會活動。他為患有自閉癥的兒童開發(fā)的研究產(chǎn)品在國際展覽會上獲得了銀牌。他目前住在班加羅爾，并與主要客戶密切合作。寫一本書比我想象的要難，但比我期望的更加滿意。如果沒有我的伙伴Sumit，這一切都不可能實(shí)現(xiàn)，在成功的背后，他都一直支持著我并一起撰寫了這本書。我要特別感謝我的家人，是他們給了我這個千載難逢的機(jī)會來寫這本書，讓我學(xué)到了很多新的東西。最后，我要感謝出版團(tuán)隊(duì)中的每一個人，沒有他們的不斷支持，這本書不可能存在。

圖書目錄

前言
第1部分　深度學(xué)習(xí)和自動駕駛汽車基礎(chǔ)
第1章　自動駕駛汽車基礎(chǔ)2
1.1　自動駕駛汽車簡介2
1.1.1　自動駕駛汽車的優(yōu)勢5
1.1.2　自動駕駛汽車的進(jìn)展6
1.2　當(dāng)前部署中的挑戰(zhàn)8
1.2.1　建立安全系統(tǒng)9
1.2.2　硬件10
1.2.3　軟件編程15
1.2.4　高速互聯(lián)網(wǎng)15
1.3　自動駕駛等級15
1.4　深度學(xué)習(xí)和計算機(jī)視覺在自動駕駛汽車中的應(yīng)用16
1.5　總結(jié)18
第2章　深入了解深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)19
2.1　深入了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)20
2.2　理解神經(jīng)元和感知器22
2.3　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理25
2.4　理解激活函數(shù)26
2.4.1　閾值函數(shù)26
2.4.2　Sigmoid函數(shù)26
2.4.3　整流線性函數(shù)27
2.4.4　雙曲正切激活函數(shù)28
2.5　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的損失函數(shù)29
2.6　優(yōu)化器30
2.7　理解超參數(shù)31
2.7.1　模型訓(xùn)練超參數(shù)31
2.7.2　網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)超參數(shù)34
2.8　TensorFlow與Keras的對比36
2.9　總結(jié)36
第3章　使用Keras實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)模型37
3.1　開始使用Keras37
3.1.1　Keras的優(yōu)點(diǎn)38
3.1.2　Keras的工作原理38
3.1.3　構(gòu)建Keras模型38
3.1.4　Keras執(zhí)行類型41
3.2　Keras深度學(xué)習(xí)41
3.3　構(gòu)建第一個深度學(xué)習(xí)模型44
3.3.1　Auto-Mpg數(shù)據(jù)集介紹44
3.3.2　導(dǎo)入數(shù)據(jù)45
3.3.3　分割數(shù)據(jù)47
3.3.4　標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)48
3.3.5　構(gòu)建和編譯模型48
3.3.6　訓(xùn)練模型49
3.3.7　預(yù)測新的、未知的模型52
3.3.8　評估模型的性能53
3.3.9　保存和加載模型54
3.4　總結(jié)54
第2部分　深度學(xué)習(xí)和計算機(jī)視覺
第4章　自動駕駛汽車中的計算機(jī)視覺56
4.1　計算機(jī)視覺介紹56
4.1.1　計算機(jī)視覺的挑戰(zhàn)57
4.1.2　人工眼睛與人眼的對比59
4.2　圖像的基本構(gòu)建塊60
4.2.1　圖像的數(shù)字表示60
4.2.2　從RGB到灰度圖像的轉(zhuǎn)換62
4.2.3　道路標(biāo)記檢測64
4.3　顏色空間技術(shù)68
4.3.1　RGB顏色空間68
4.3.2　HSV顏色空間68
4.3.3　顏色空間操作70
4.4　卷積介紹78
4.5　邊緣檢測和梯度計算87
4.5.1　Sobel的介紹87
4.5.2　Laplacian邊緣檢測器的介紹88
4.5.3　Canny邊緣檢測89
4.6　圖像變換93
4.6.1　仿射變換93
4.6.2　投影變換94
4.6.3　圖像旋轉(zhuǎn)94
4.6.4　圖像平移96
4.6.5　圖像縮放97
4.6.6　透視變換99
4.6.7　圖像裁剪、腐蝕和膨脹102
4.6.8　使用掩模提取感興趣區(qū)域107
4.6.9　霍夫（Hough）變換109
4.7　總結(jié)115
第5章　使用OpenCV查找道路標(biāo)志116
5.1　在圖像中查找道路標(biāo)志116
5.1.1　使用OpenCV加載圖像116
5.1.2　將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像117
5.1.3　平滑圖像118
5.1.4　Canny邊緣檢測119
5.1.5　使用掩模提取感興趣區(qū)域120
5.1.6　應(yīng)用bitwise_and122
5.1.7　應(yīng)用霍夫變換123
5.1.8　優(yōu)化檢測到的道路標(biāo)志127
5.2　在視頻中檢測道路標(biāo)志130
5.3　總結(jié)132
第6章　使用CNN改進(jìn)圖像分類器133
6.1　計算機(jī)格式中的圖像133
6.1.1　CNN的必要性133
6.1.2　CNN背后的直覺134
6.2　CNN介紹135
6.2.1　為什么需要3D層135
6.2.2　理解卷積層135
6.2.3　深度、步長和零填充139
6.2.4　ReLU141
6.2.5　全連接層142
6.3　手寫數(shù)字識別介紹142
6.3.1　問題和目標(biāo)143
6.3.2　加載數(shù)據(jù)143
6.3.3　重塑數(shù)據(jù)146
6.3.4　數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換146
6.3.5　對輸出進(jìn)行獨(dú)熱編碼146
6.3.6　構(gòu)建和編譯模型148
6.3.7　訓(xùn)練模型149
6.3.8　驗(yàn)證損失與訓(xùn)練損失150
6.3.9　驗(yàn)證與測試準(zhǔn)確度151
6.3.10　保存模型152
6.3.11　可視化模型架構(gòu)152
6.3.12　混淆矩陣153
6.3.13　準(zhǔn)確度報告155
6.4　總結(jié)157
第7章　使用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行道路標(biāo)志檢測158
7.1　數(shù)據(jù)集概述158
7.1.1　數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)158
7.1.2　圖像格式159
7.2　加載數(shù)據(jù)160
7.3　圖像探索161
7.4　數(shù)據(jù)準(zhǔn)備162
7.5　模型訓(xùn)練163
7.6　模型準(zhǔn)確度164
7.7　總結(jié)168
第3部分　自動駕駛汽車中的語義分割
第8章　語義分割的原理和基礎(chǔ)170
8.1　語義分割簡介171
8.2　語義分割架構(gòu)的理解171
8.3　不同語義分割架構(gòu)的概述173
8.3.1　U-Net173
8.3.2　SegNet174
8.3.3　PSPNet175
8.3.4　DeepLabv3 176
8.3.5　E-Net177
8.4　總結(jié)179
第9章　語義分割的實(shí)現(xiàn)180
9.1　圖像中的語義分割180
9.2　視頻中的語義分割185
9.3　總結(jié)188
第4部分　高級功能實(shí)現(xiàn)
第10章　基于深度學(xué)習(xí)的行為克隆190
10.1　回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)190
10.2　使用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行行為克隆194
10.2.1　數(shù)據(jù)收集194
10.2.2　數(shù)據(jù)準(zhǔn)備198
10.2.3　模型開發(fā)209
10.2.4　評估模擬器211
10.3　總結(jié)213
第11章　基于OpenCV和深度學(xué)習(xí)的車輛檢測214
11.1　YOLO特點(diǎn)215
11.2　YOLO損失函數(shù)215
11.3　YOLO架構(gòu)216
11.4　YOLO目標(biāo)檢測的實(shí)現(xiàn)217
11.4.1　導(dǎo)入庫218
11.4.2　圖像處理函數(shù)218
11.4.3　類別獲取函數(shù)219
11.4.4　邊界框繪制函數(shù)219
11.4.5　圖像目標(biāo)檢測函數(shù)220
11.4.6　視頻目標(biāo)檢測函數(shù)220
11.4.7　導(dǎo)入YOLO221
11.4.8　檢測圖像中的物體221
11.4.9　檢測視頻中的物體223
11.5　總結(jié)223
第12章　未來工作及傳感器融合224
12.1　自動駕駛汽車傳感器227
12.2　傳感器融合簡介228
12.3　卡爾曼濾波器229
12.4　總結(jié)229