Ako fungujú lidarové „oči“?
Predtým, ako budeme hovoriť o tom, prečo prach ovplyvňuje rozpoznávací efekt lidaru, musíme si najprv objasniť, ako lidar funguje.
LiDAR (LiDAR, celým názvom Light Detection and Ranging) je aktívny senzor, ktorý sám vyžaruje laserový lúč a po dopade na okolité predmety sa laserový lúč odráža späť. Meraním času, za ktorý sa každý laserový impulz vráti z emisie, možno vypočítať vzdialenosť a smer cieľového objektu, čím sa vytvorí trojrozmerné mračno bodov okolitého prostredia.
Tento dizajn dokáže za ideálnych podmienok získať veľmi presné informácie o životnom prostredí, ale bude to značne ovplyvnené, ak sa stretne s predmetmi, ako sú kvapky dažďa, dym, prach atď. Tieto prekážky ovplyvnia laserový lúč, čím ovplyvnia kvalitu vráteného signálu.
Ako prach ruší laserové signály?
Keď ľudia riadia autá, ak je v prostredí prach, má to v skutočnosti malý vplyv. Ale pre lidar je prach v skutočnosti veľmi nepríjemným zdrojom rušenia.
Keď sa laserový lúč stretne s prachovými časticami vo vzduchu, dochádza k rozptylu a svetlo, ktoré by sa malo pôvodne pohybovať v priamom smere, je prachovými časticami vychýlené. Takýto rozptyl spôsobí, že spätný signál bude slabší a rozmazanejší a niektoré svetlo sa dokonca nemusí vrátiť na prijímaciu stranu. Čím viac je prachu, tým vážnejší bude rozptyl svetelných bodov a tým slabší bude detekovaný efektívny signál. To sa v konečnom dôsledku prejaví ako zvýšenie šumu v údajoch mračna bodov, nejasné obrysy objektov a dokonca aj nesprávny úsudok systému, že neexistuje žiadna prekážka.
Prach okrem odkláňania svetla spôsobuje aj stratu energie lúča počas šírenia, čo spôsobuje zníženie intenzity signálu prijímaného radarovým prijímačom. Akonáhle sila signálu klesne na úroveň okolo úrovne šumu snímača, je ťažké presne rozlíšiť medzi skutočnými odrazmi a šumom pozadia, čo priamo ovplyvňuje presnosť dosahu a schopnosť identifikovať vzdialené objekty.
Prach môže tiež spôsobiť kontamináciu okien LiDAR. Vysielacie a prijímacie lúče LiDAR musia prechádzať cez priehľadné ochranné sklo alebo okno. Ak je na povrchu tohto okna prichytený prach, ktorý sa postupne hromadí a časom sa stáva hrubším, laser pri prechode cez túto vrstvu znečistenia vytvorí difúzny odraz a absorpciu a signál vychádzajúceho a vracajúceho sa lúča sa oslabí alebo dokonca zmení svoj smer. Tento druh fyzickej oklúzie má veľký vplyv na celkovú kvalitu mračna bodov. Nielenže bude meranie vzdialenosti nepresné, ale môže tiež spôsobiť, že systém sa mylne domnieva, že pred vami je prekážka, alebo že skutočný objekt vôbec nevidí.
Ako znížiť vplyv prachu na lidar
V skutočnosti bolo navrhnutých a aplikovaných mnoho protiopatrení na rušenie prachu.
Jedným z nápadov je znížiť priľnavosť prachu k oknu z kovania. Pri konštrukcii materiálu plášťa a povlaku radaru je možné použiť materiály s vysokou priepustnosťou svetla a silnou -schopnosťou proti znečisteniu, aby sa znížilo hromadenie prachu na ochrannom kryte, čím sa zabezpečí, že laser bude čo najmenej blokovaný. Napríklad v niektorých aplikačných scenároch sa používajú ochranné kryty s nano-vrstvami proti znečisteniu na povrchu, aby sa zabránilo priľnutiu prachu a predĺžil sa cyklus čistenia zariadenia.
Na softvérovej úrovni priemysel tiež vyvinul cielené algoritmy filtrovania a rozpoznávania. Tieto algoritmy kombinujú intenzitu a vzdialenosť laserovej ozveny a distribúciu bodov okolo mračna bodov, aby určili, ktoré body sú pravdepodobnejšie hlukom spôsobeným rozptylom prachu, a potom ich odstránia z údajov mračna bodov. Takýto „algoritmus odstraňovania prachu“ môže do určitej miery obnoviť informácie o mračne bodov skutočného prostredia a znížiť vplyv falošných prekážok.
Ďalšou metódou je senzorová fúzia, ktorá spočíva v spojení lidaru s inými typmi senzorov. Kamery môžu napríklad poskytnúť obrazové informácie, ktoré pomôžu rozlíšiť prach od skutočných cieľov. Radar s milimetrovými{2}}vlnami má lepšiu schopnosť preniknúť do dažďa, hmly a prachu. Ich kombináciou možno vytvoriť robustnejší systém vnímania, ktorý je oveľa spoľahlivejší ako jeden lidar v zložitých prostrediach.
V niektorých špeciálnych extrémnych scenároch sa pridajú aktívne čistiace opatrenia, ako je inštalácia zariadení na fúkanie vzduchu, kief alebo iných mechanických čistiacich modulov na vonkajšiu stranu lidaru, aby sa pravidelne čistil prach z povrchu okna. Tento typ riešenia má však vyššie náklady a nároky na údržbu a používa sa najmä v priemyselných alebo špeciálnych robotických prostrediach.
na záver,
prach ovplyvňuje LiDAR mnohými spôsobmi. Nielenže narúša dráhu šírenia lasera, ale tiež znižuje silu signálu, kontaminuje okno snímača a v konečnom dôsledku vedie k zvýšenému šumu v údajoch z mračna bodov, zníženiu presnosti rozpoznávania, skráteniu dosahu detekcie a dokonca k nesprávnemu odhadu prekážok. Pre bezpečnostné-kritické aplikácie, ako je autonómne riadenie, nemožno tieto vplyvy ignorovať.
