恩智浦追求功能安全和信息安全的汽车AI

2022年6月7日
by Andres Barrilado and Wil Michiels

无论是在正式还是非正式讨论中，恩智浦员工经常会谈及功能安全和信息安全的相互作用。如果再涉及汽车和人工智能，这个话题可能会变得更加复杂。

在去年的博文《未来挑战：如何确保人工智能的安全》中，我们提到，恩智浦正在为安全的AI奠定坚实的基础，例如恩智浦有关算法道德和Auto eIQ的白皮书。在寻求功能安全和信息安全的汽车AI方面，我们不是在孤军奋战。在德国，德国联邦信息安全办公室(BSI)和采埃孚(ZF)携手德国认证机构汉德集团(TUV Nord)，正合力探索如何在汽车上测试AI。德国人工智能研究中心(DFKI)和TUV SUD也在研究AI系统的汽车性能测试。

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虽然尚不清楚这些测试的具体要求，但我们将在现有的基础上再接再厉。

未来汽车如何利用机器学习和人工智能

在推理方面，我们相信未来汽车将利用AI和机器学习来提供安全相关的功能。正因如此，我们与ANITI和ONERA合作，研究基于AI的系统中随机硬件故障的影响。这项工作在功能安全标准（如ISO 26262）确立的先进水平之上，因为这些标准明确将机器学习排除在外。

功能安全框图

本次合作的一个重点领域就是故障注入。故障注入技术可用于以下3个目的：(1)验证安全机制的有效性，(2)证明特定设计对随机硬件故障的稳健性，(3)在现场验证设备能够检测出可预见的故障。确定边缘随机硬件故障的影响与机器学习模型之间的联系，这是在现实世界中构建信任所必需的关键一环。如果没有构建信任，我们就无法使用机器学习和AI来实现自动驾驶汽车所需的安全相关功能。

如何利用功能安全构建信任？

就构建信任而言，我们知道，不久后的将来，在运行人工智能安全功能的汽车中，完全按照机器学习模型运行不足以保障驾乘人员的安全。在这种情况下，硬件本身的重要性转移到了模型的质量。

评估与模型的平均性能有关的指标是常见做法。而典型的方法是用准确率来定义正确分类的比率。在目标检测中(雷达的必备功能)，通常选择以mAP为指标。除了目标的正确分类，mAP还涵盖了衍生边界框的质量。

恩智浦半导体的汽车4D成像雷达演示。

但是，我们认为要构建对模型的信任，这还不够。这些指标可能仅因为检测目标的形状较为罕见，便无法区分奇怪的错误与可以理解的人为失误。

此外，如果出现奇怪的错误，需要了解造成错误的原因才能加以解决。即使预测是正确的，它也可能基于不正确的偏见，而这是人们希望避免的。

如何理解AI算法

为了解决这些问题，我们需要采用适当的方法打开AI算法的“黑匣子”，让人类能够理解这些预测。Grad-CAM就是这种神经网络方法的一个有趣的例子。Ramprasaath R.Selvaraju等人于2019年发表了一篇论文，其中解释了如何将特征图与其梯度相乘，以此确定输入的哪些部分对模型的预测最重要。这为用户提供了一个非常有价值的工具，可以更好地了解模型学到了什么，进而得出预测。

这也会增加人们对模型的信任，并有助于开发人员发现在训练集中发现模型缺点，然后加以解决。

作者给出了一个示例，人们训练了两种模型分别用来识别医生和护士。Grad-CAM提供了一个覆盖图（类似于热图），告诉人们使用图片的哪些部分来做出判断。在第一个模型(“有偏见”)中，模型使用面部特征来识别。这是我们不希望看到的情况，鉴于训练集存在偏见（女护士照片和男医生照片较多)，模型可能会决判断照片中是“护士”。经过分析和再训练后，第二个模型可根据其他要素做出决策。Grad-CAM用于验证是否需要这些要素（如听诊器）。

这个例子可以很容易地推算至与安全相关的功能。在驾驶员监测系统检测的情况下，Grad-CAM可以确保驾驶员疲劳标记的训练无偏见。

学习安全之术。恩智浦提供4种不同方向的专业训练。访问安全培训学院。

恩智浦继续投资打造功能安全和信息安全的AI解决方案。通过构建对训练数据的信任，确保ML模型的完美执行（即使是在随机硬件故障的情况下），恩智浦致力于朝着光明、安全的未来前行。