Чтобы максимально приблизить наше общество к реальности полностью автономных транспортных средств, «захвативших» проезжие части, тестируется ряд различных решений. Одним из таких решений является LiDAR (Light Detection and Ranging), который использует лазеры для расчета расстояния между собой и другими объектами. Учитывая весь шум вокруг автономных транспортных средств и широкий спектр вариантов на рынке, может быть трудно полностью понять возможности LiDAR и отделить факты от вымысла. Мы постараемся рассмотреть 11 наиболее популярных мифов, которые возникли в отношении технологии LiDAR.
LiDAR — это высокотехнологичное решение
LiDAR был изобретен вскоре после изобретения импульсного лазера, который испускает повторяющиеся световые импульсы вместо непрерывной волны, в начале 1960-х годов. Принцип LiDAR на самом деле очень прост. Летучие мыши используют звуковые волны во время эхолокации для обнаружения расстояния до объектов, когда волны отражаются от объектов, по времени возврата отразившегося сигнала они определяют расстояние, LiDAR использует световые волны от лазера для выполнения этой же функции. LiDAR посылает импульс и измеряет время, необходимое для отражения от объектов. Поскольку скорость света постоянна, расстояние можно легко рассчитать, измерив время, необходимое для возврата луча. Этот фундаментальный принцип работы не изменился за последние полвека; таким образом, принцип работы остается довольно простым при разработке технологии LiDAR.
LiDAR это дорого
Хотя это было верно в течение очень долгого времени, главным образом из-за того, что лазеры были дорогими, изобретение лазерного диода значительно снизило стоимость LiDAR. Сегодня импульсный лазерный диод видимого света можно купить менее чем за 1 доллар, что составляет очень небольшую долю от общей стоимости «строительства» LiDAR. Визуализация LiDAR позволяет измерять более одной точки, а высокая стоимость построения этих систем обычно связана с методом изготовления. Приняв инновационные методы для создания этих систем, например, платформу Cepton Micron Motion Technology (MMT), LiDAR для обработки изображений может быть изготовлен по цене не более пары сотен долларов.
Твердотельный LiDAR — лучший подход, потому что у него нет движущихся частей
Твердотельный LiDAR без движущихся частей только повышает надежность конструкции системы. Это связано с тем, что твердотельная структура LiDAR не подвержена износу, который может быть вызван вращающимися или фрикционными деталями. Однако это преимущество означает, что должны быть сделаны некоторые потери в производительности, включая уменьшение диапазона измерений, уменьшение поля зрения и большую восприимчивость к источникам окружающего света, таким как солнечный свет. Кроме того, высокая стоимость, связанная с производством твердотельного LiDAR не позволяет массово использовать его на потребительском рынке в ближайшем будущем.
Flash LiDAR — лучший LiDAR для визуализации
НАСА использует вспышку LiDAR для операций стыковки космических станций, поскольку она позволяет получать изображения с высоким разрешением и на дальние расстояния, чтобы определять расстояния в космосе. К сожалению, эта система слишком дорога для интеграции в парк автономных автомобилей — она может стоить более одного миллиона долларов за единицу из-за высокой стоимости, связанной с компонентами, используемыми для длины волны 1550 нм. Он также очень энергоемкий, потребляет до 100 кВт мощности. В то время как качество изображения Flash LiDAR является лучшим из доступных на рынке, не будет ни одного автомобиля, который мог бы принять такую дорогую систему.
LiDAR должен работать в инфракрасном диапазоне
LiDAR может работать на любой длине волны, пока генерируется короткий импульс. Фактически, ряд систем LiDAR для съемки работают с видимыми зелеными лазерами. Для автомобильных применений любой видимый лазер мог бы быть значительным отвлечением водителей встречных авто. В результате обычно выбираются инфракрасный диапазон, поскольку он не виден человеческому глазу.
LiDAR небезопасен для глаз
Безопасность глаз — это сложная комбинация факторов, которая основана не только на длине волны лазера. Рейтинг безопасности LiDAR зависит от мощности, угла расхождения, длительности импульса, направления воздействия, а также длины волны. В этих условиях лазер с длиной волны 1550 нм может безопасно излучать больше энергии, чем лазер с длиной волны 905 нм. Между тем, 905-нм лазеры более популярны, поскольку они более экономичны. Чтобы сделать лазеры 905 нм безопасными для глаз, инженеры разработали чувствительные оптические детекторы, которые не требуют использования лазеров большой мощности.
LiDAR не может работать в плохих погодных условиях
LiDAR — это оптическое устройство, похожее на камеру, поэтому, если туман достаточно сильный, чтобы блокировать передачу света, LiDAR может стать менее эффективным. Тем не менее, LiDAR по-прежнему будет предоставлять ценные данные в обычных дорожных условиях. Автомобили будущего с автономным управлением будут включать в себя сочетание камер, радарных систем и LiDAR, чтобы сбалансировать преимущества и недостатки каждого решения — ни одна система не является идеальной — для обеспечения безопасности пассажиров в различных погодных условиях.
LiDAR можно использовать только для автомобилей
Использование LiDAR для автомобильных применений является относительно новой тенденцией. Когда он был впервые изобретен, LiDAR наиболее широко использовался для измерения расстояния между Землей и Луной; он также часто использовался для исследования погодных условий. Сегодня LiDAR можно использовать для любого приложения, для которого требуется информация о расстоянии до объекта.
В дополнение к легковым автомобилям, LiDAR идеально подходит для многочисленных транспортных решений, включая поезда, автобусы и грузовики. Он также используется с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) для различных применений, таких как картирование районов, пострадавших от стихийных бедствий, и съемка сельскохозяйственных полей. Кроме того, роботы и другие типы интеллектуальных машин используют LiDAR для различных промышленных применений. Поскольку стоимость LiDAR продолжает падать, ожидается, что он будет интегрирован в более широкий спектр машин, например размещение LiDAR на перекрестках для мониторинга трафика, системы безопасности для защиты собственности и многие другие приложения.
LiDAR не будет включен в автомобили в течение еще одного десятилетия
Обещание появления на дорогах автономных автомобилей больше, чем просто реклама. Во всем мире проводятся экспериментальные программы по тестированию автономных автомобилей, автобусов и других решений для повышения безопасности перевозок. В ближайшие несколько лет мы увидим, как LiDAR интегрируется в автомобили с функциями активной безопасности 3-го уровня, которые обеспечивают целый ряд преимуществ, таких как помощь в разгоне, рулевом управлении и торможении. Затем мы увидим, что LiDAR интегрирован в функции уровня 4, которые предоставляют автомобилям еще больше автономных функций. Время, когда полностью автономные автомобили (уровень 5) станут основными, зависит от ряда факторов, помимо самой технологии, в том числе от государственного регулирования и местной инфраструктуры.
LiDAR может быть полностью заменен камерами, радаром или их комбинацией
Наиболее важной характеристикой LiDAR является высокое пространственное разрешение при измерении трехмерных объектов. Радар отлично подходит для определения скорости, с которой движутся другие объекты, и может обнаружить стоящий впереди автомобиль, но он не может определить, находится ли припаркованный автомобиль или другой объект в полосе движения авто. Камера становится довольно бесполезной, когда не хватает окружающего освещения и когда темно, камера может видеть только в свете фар, что может быть довольно опасно. Кроме того, камерам трудно ориентироваться, когда на мокрой дороге возникает блик. Поэтому комбинация LiDAR с камерами и радаром будет иметь важное значение для обеспечения безопасности автомобилей с автоматическим управлением.
FMCW LiDAR лучше, чем ToF LiDAR
Частотно-модулированная непрерывная волна (FMCW) LiDAR измеряет разность фаз оптической волны вместо ее времени пролета (ToF); таким образом, он способен измерять с большей точностью (от миллиметров до микрон). Такой высокий уровень точности важен для применения в исследованиях, хотя он не нужен для обнаружения препятствий для автомобилей, для которых требуется уровень точности только в сантиметрах. Дополнительная сложность и связанные с этим расходы FMCW LiDAR делают его менее привлекательным даже для автомобилей уровня автоматизации 4-5.
Ясно, что технология LiDAR будет играть ключевую роль в изменении транспорта, делая его более безопасным. Это также повысит эффективность ряда других отраслей, в том числе промышленной автоматизации и картографии.
Оставьте комментарий