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鲁棒性是函数而非数字:面向基于视觉的驾驶的 OOD 鲁棒性因子化全面研究

机器人学 2026-02-10 v1 人工智能 计算机视觉与模式识别 机器学习

摘要

在自动驾驶中,分布外(OOD)鲁棒性常被简化为单个数字,掩盖了具体是哪些因素导致策略失效。我们沿六个维度分解环境:场景(农村/城市)、季节、天气、时间(白天/夜晚)和行驶员混合情况;并对受控的 k 因子扰动(k ∈ {0,1,2,3})进行性能测量。使用 VISTA 中的闭环控制,我们对比评估了 FC、CNN 和 ViT 策略,训练紧凑型 ViT 头部在冻结基础模型特征上进行微调,并变更 ID 支持的规模、多样性和时间上下文。(1) 与等效规模的 CNN/FC 相比,ViT 策略在 OOD 鲁棒性上显著优于,且基础模型特征在延迟成本下实现了最先进的成功率。(2) 朴素的时序输入(多帧)未优于最佳单帧基线。(3) 最大单因子性能下降为农村→城市和白天→夜晚(约各 31%);行驶员置换约 10%,中度雨天约 7%;季节变化影响显著,组合时间翻转与其他变化会进一步恶化性能。(4) 基础模型特征策略在三重变化下仍保持 85% 以上;非基础模型单帧策略首次下降即大幅受损,所有无基础模型模型在三重变化后跌破 50%。(5) 交互作用是非加性的:某些组合部分抵消,而季节-时间组合尤为有害。(6) 在冬季/雪天训练最能抵御单因子变化,而农村-夏季基线在整体 OOD 性能上最佳。(7) 扩展轨迹/视图数量可提升鲁棒性(从 5 条轨迹提升 11.8 分至 14 条轨迹),但针对困难条件的有针对性暴露可替代规模。(8) 使用多个 ID 环境可扩充覆盖范围并加强薄弱环节(城市 OOD 从 60.6% 提升至 70.1%),但 ID 单环境保留峰值性能仅限于狭小域。这些结果为 OOD 鲁棒驾驶策略的设计提供了可操作的指导原则。

关键词

引用

@article{arxiv.2602.09018,
  title  = {Robustness Is a Function, Not a Number: A Factorized Comprehensive Study of OOD Robustness in Vision-Based Driving},
  author = {Amir Mallak and Alaa Maalouf},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2602.09018},
  year   = {2026}
}