Поширені міфи про сенсори LiDAR – Частина 1

Оскільки світова наука й технології розвиваються в напрямку інтелекту та високої ефективності,Лідарний лазерний модульі його програми також привертають все більше уваги. Проте люди також мають деякі непорозуміння щодо технології та продуктивності лідарів. Ця стаття розкриє п’ять поширених непорозумінь щодо лідара.

1. Технологія застосування лідара є складною
Незважаючи на те, що лідар є складним датчиком, що складається з різного обладнання, його основний принцип роботи насправді досить простий. Датчик використовує метод часу прольоту, принцип виявлення, подібний до кажанів за допомогою звукових хвиль або радару за допомогою мікрохвиль.
Якщо розбити датчик на компоненти, а саме лазер, детектор і блок відхилення променя, лідар перестане бути страшною технологією. Лазерне джерело спочатку випромінює лазерні імпульси. Ці імпульси відхиляються в сцену через мікрогальванометри. Детектор виявляє відбите світло Q і точно розраховує відстань на основі часу випромінювання лазерного імпульсу та часу повернення.
Цей процес повторюється тисячі або навіть мільйони разів на секунду для створення точних тривимірних хмар точок середовища в реальному часі. Ці 3D-дані хмари точок легко аналізувати та використовувати, наприклад, для прийняття рішень щодо автономного водіння.
Технологія розроблена після винаходу імпульсних лазерів на початку 1960-х років, які випромінюють повторювані імпульси світла, а не використовують безперервні хвилі.

⒉. У додатках для самокерованих автомобілів лідар є зайвим
Ілон Маск проігнорував використання лідара в безпілотних автомобілях на конференції в 2019 році, інцидент, який на сьогоднішній день породив багато міфів про лідар. Він стверджує, що лідар за допомогою камер і інтелектуальних алгоритмів є зайвим і завжди буде зберігати свої позиції.
Камери застосовують різні технології розпізнавання зображень для збору кольорових візуальних зображень, але використання лише однієї камери може захоплювати лише 2D-дані, що може легко призвести до візуальних ілюзій і неправильної оцінки відстані. Є трагічні приклади, коли ці вади були небезпечними, а іноді й смертельними.
Навпаки, лідар може надійно фіксувати 3D-дані та точно визначати відстані та розміри об’єктів.
Інтеграція точних даних 3D-лідара допомагає камері все ще сприймати навколишнє середовище, навіть коли камера «сліпа». Наприклад, камері потрібен деякий час, щоб адаптуватися до змін освітленості після виходу з тунелю.
Крім того, 2D-зображення, створені камерами, можуть здаватися достатньо точними для навчання алгоритмів самокерованих автомобілів. Але вони все ще мають багато неточностей, які знижують точність моделей машинного навчання і, отже, здатність транспортного засобу сприймати, прогнозувати та приймати рішення. Можливості машинного навчання, які полегшують автономне водіння, мають бути масштабованими та вирішувати «проблему довгого хвоста». Це означає, що цього недостатньо для 95 відсотків сценаріїв, з якими стикаються транспортні засоби на дорозі. Можливості автономного водіння на основі машинного навчання також повинні досягати 5 відсотків. Навчання в складних ситуаціях з одночасним постійним покращенням продуктивності потребує великої кількості чистих системних даних камери для навчання.
Навпаки, лідар може надати більше моделей прогнозування машинного навчання, одночасно генеруючи навчальні дані з більшою точністю. Тому лідар є необхідним датчиком для більш надійних і міцних систем автономного водіння.

3. Лідар можна повністю замінити іншими датчиками
Одне з найпоширеніших помилкових уявлень про лідар полягає в тому, що його можна замінити камерою або радарним датчиком, помилкове уявлення, яке виникає через відсутність розуміння того, як ці сенсорні технології по-різному класифікують об’єкти. Після розуміння різних можливостей цих датчиків і типів даних, які вони виробляють, ми побачимо, як вони доповнюють один одного у функціональності. Камера фіксує двовимірне зображення, яке надає інформацію про відтінки сірого або колір, текстуру та контраст. Для подальшого аналізу цих даних потрібне програмне забезпечення для розпізнавання зображень. Оскільки камера використовує пасивний принцип вимірювання, об’єкти повинні бути освітлені для виявлення. Крім того, для створення 3D-зображень потрібні дві або більше камер, а також висока обчислювальна потужність.
Радар вимірювання зоряної тривимірної інформації має надзвичайно високу точність у визначенні відстані та швидкості об'єктів. Однак роздільна здатність низька, і вони не можуть точно виявляти (в сантиметровій шкалі) або класифікувати об’єкти.
LiDAR створює хмару точок із зібраних тривимірних даних. На основі форми та розміру хмари точок він може точно виявляти об’єкти та класифікувати їх за різними категоріями, як-от люди, автомобілі, будівлі тощо.
LiDAR заповнює прогалини в інших сенсорних технологіях, збираючи дуже детальну та надійну тривимірну інформацію. Він може виявляти та точно класифікувати цілі в різних середовищах, що виділяє його серед різних типів датчиків. Дані з камер можна використовувати для глибшого аналізу, а дані про дальність і швидкість, зібрані радаром, можна перевірити за допомогою LiDAR для більшої точності. Це означає, що в майбутньому всі сенсорні додатки будуть інтегрувати камери, радарні системи, лідари та інші датчики.

4. Лідар не може працювати в суворих умовах навколишнього середовища
Камери не можуть працювати без достатнього навколишнього освітлення, наприклад, в автомобільних додатках, де діапазон виявлення камери може досягати лише діапазону фар. Навпаки, лідар має діапазон виявлення в сотні метрів незалежно від умов інтенсивності світла, оскільки він покладається на інфрачервоні лазерні промені, а не на видиме світло. Іншими словами, безпілотний автомобіль, оснащений сенсором lidar, може їздити так само плавно в темряві, як і вдень, навіть якщо фари вимкнені.
Коли справа доходить до суворих умов, таких як туман, дощ або сніг, LiDAR знову демонструє явну перевагу в продуктивності та може компенсувати недоліки інших датчиків (таких як камери) у системі сприйняття.
Лідари часто працюють краще, ніж камери під час дощу, оскільки їхні промені великі. Це дозволяє променю обходити перешкоди (наприклад, краплі дощу) на дзеркалі датчика, тому радіус дії лідара не впливає певною мірою. Для порівняння, розмір пікселя камери набагато менший за розмір краплі дощу, тому її огляд буде закритим.
Великий промінь також дозволяє лідару виявляти кілька відлунь із різних діапазонів і обробляти лише те, що має найсильніший сигнал. Це також може бути корисним за поганих погодних умов, наприклад, коли йде сніг, оскільки лідар може ігнорувати вплив відблисків від сніжинок. Камера без будь-яких алгоритмів машинного навчання не може розрізнити сніжинки, мокрі лінзи чи тверді об’єкти та, зрештою, повертає спотворене зображення.
LiDAR також має менший час експозиції та витримку (мільйонні частки секунди), ніж камери (тисячні частки секунди), тобто краплі дощу виявляються не як смуги, що охоплюють кілька пікселів, а як необроблені форми.
Оскільки лідар є оптичним пристроєм, його продуктивність також може негативно вплинути в таких умовах, як сильний туман, але він все одно може надавати більш цінні дані, ніж датчики, такі як камери, і може виявляти на великих відстанях.

5. Лідарні датчики дорогі
Був час, коли єдиними лідарами, доступними на ринку, були обертові лідари, які були дуже дорогими та громіздкими, і їх не можна було виробляти у великих кількостях. Тож цілком природно, що люди досі мають неправильні уявлення про лідар та його високу ціну. Але з появою лідарів MEMS (мікроелектромеханічних систем) це твердження повністю змінилося. Компоненти MEMS виготовлені з кремнію та легко масштабуються для виробництва, що робить їх дуже рентабельними.
Твердотільний LiDAR використовує стандартні компоненти та не потребує регулярного обслуговування, що зменшує витрати. За останні роки вартість цих лідарних датчиків впала з тисяч доларів до сотень доларів, і ця тенденція збережеться в майбутньому. Насправді датчики середнього класу можна навіть продавати за тризначними цінами, якщо вони виробляються у великих обсягах.

Це деякі поширені неправильні уявлення про лідарну технологію та її застосування. У другій частині цієї серії ми розкриємо більше непорозумінь про лідар, які люди не помічають.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.