Bežné mýty o senzoroch LiDAR – 1. časť

Ako sa svetová veda a technika vyvíja smerom k inteligencii a vysokej účinnosti,Laserový modul Lidara jej aplikáciám sa tiež venuje čoraz väčšia pozornosť. Ľudia však majú tiež určité nedorozumenia, pokiaľ ide o technológiu a výkon lidaru. Tento článok odhalí päť bežných nedorozumení o lidare.

1. Technológia aplikácie lidaru je zložitá
Hoci je lidar komplexný snímač zložený z rôzneho hardvéru, jeho základný princíp fungovania je v skutočnosti celkom jednoduchý. Senzor využíva metódu doby letu, princíp detekcie podobný netopierom pomocou zvukových vĺn alebo radaru pomocou mikrovĺn.
Ak senzor rozdelíme na jeho komponenty, konkrétne laser, detektor a jednotku vychyľovania lúča, lidar už nie je odstrašujúcou technológiou. Laserový zdroj najskôr vysiela laserové impulzy. Tieto impulzy sú vychýlené do scény pomocou mikro-galvanometrov. Detektor detekuje odrazené Q svetlo a presne vypočíta vzdialenosť na základe času emisie laserového impulzu a času návratu.
Tento proces sa opakuje tisícky alebo dokonca milióny krát za sekundu, aby sa v reálnom čase vygenerovali presné 3D mračná bodov prostredia. Tieto 3D údaje z mračna bodov sa dajú ľahko analyzovať a využiť napríklad pri rozhodovaní o autonómnej jazde.
Táto technológia sa vyvinula po vynájdení pulzných laserov na začiatku 60. rokov 20. storočia, ktoré vyžarujú opakované pulzy svetla namiesto použitia nepretržitých vĺn.

⒉. V aplikáciách samoriadiacich áut je lidar nadbytočný
Elon Musk na konferencii v roku 2019 ignoroval používanie lidaru v samoriadiacich autách, čo je incident, ktorý doteraz o lidare splodil veľa mýtov. Tvrdí, že lidar, podporovaný kamerami a inteligentnými algoritmami, je nadbytočný a vždy sa bude držať.
Kamery používajú rôzne technológie rozpoznávania obrázkov na zhromažďovanie farebných vizuálnych obrázkov, ale použitie iba jednej kamery dokáže zachytiť iba 2D údaje, čo môže ľahko viesť k vizuálnym ilúziám a chybným odhadom vzdialenosti. Existujú tragické príklady toho, že tieto chyby sú nebezpečné a niekedy smrteľné.
Naproti tomu lidar dokáže spoľahlivo zachytiť 3D dáta a presne identifikovať vzdialenosti a veľkosti objektov.
Integrácia presných údajov 3D lidar pomáha kamere stále vnímať okolité prostredie, aj keď je kamera „slepá“. Kamera napríklad potrebuje nejaký čas na prispôsobenie sa zmenám svetla po výjazde z tunela.
Okrem toho sa 2D obrazy generované kamerami môžu javiť ako dostatočne presné na trénovanie algoritmov samoriadiacich áut. Stále však majú veľa nepresností, ktoré znižujú presnosť modelov strojového učenia a tým aj schopnosť vozidla vnímať, predvídať a robiť rozhodnutia. Schopnosti strojového učenia, ktoré uľahčujú autonómne riadenie, musia byť škálovateľné a musia vyriešiť „problém s dlhým chvostom“. To znamená, že nestačí pokryť 95 % scenárov, ktorým čelia vozidlá na cestách. Schopnosti autonómneho riadenia založené na strojovom učení sa musia tiež zamerať na 5 %. Tréning v zložitých situáciách pri neustálom zlepšovaní výkonu vyžaduje veľké množstvo čistých údajov kamerového systému.
Naproti tomu lidar môže poskytnúť viac modelov predikcie strojového učenia a zároveň generovať presnejšie tréningové údaje. Preto je lidar nevyhnutným senzorom pre spoľahlivejšie a robustnejšie systémy autonómneho riadenia.

3. Lidar je možné úplne nahradiť inými snímačmi
Jednou z najbežnejších mylných predstáv o lidare je, že ho možno nahradiť kamerovým alebo radarovým senzorom, čo je mylná predstava, ktorá pramení z nedostatočného pochopenia toho, ako tieto senzorové technológie klasifikujú objekty rôznymi spôsobmi. Po pochopení rôznych schopností týchto senzorov a typov údajov, ktoré produkujú, uvidíme, ako sa navzájom dopĺňajú vo funkčnosti. Kamera zachytáva 2D obraz, ktorý poskytuje informácie o odtieňoch šedej alebo farbách, textúre a kontraste. Na ďalšiu analýzu týchto údajov je potrebný softvér na rozpoznávanie obrázkov. Pretože kamera využíva pasívny princíp merania, objekty musia byť na detekciu osvetlené. Okrem toho sú na vytváranie 3D obrázkov potrebné dve alebo viac kamier, ako aj vysoký výpočtový výkon.
Trojrozmerné informácie z merania radarových hviezd majú extrémne vysokú presnosť pri určovaní vzdialenosti a rýchlosti objektov. Rozlíšenie je však nízke a nedokážu presne detekovať (v centimetrovej mierke) ani klasifikovať objekty.
LiDAR vytvára zo zozbieraných trojrozmerných údajov mračno bodov. Na základe tvaru a veľkosti mračna bodov dokáže presne rozpoznať objekty a zaradiť ich do rôznych kategórií, ako sú ľudia, autá, budovy atď.
LiDAR vypĺňa medzery v iných senzorových technológiách zhromažďovaním vysoko podrobných a spoľahlivých trojrozmerných informácií. Dokáže detekovať a presne klasifikovať ciele v rôznych prostrediach, vďaka čomu vyniká medzi rôznymi typmi senzorov. Údaje z kamier možno použiť na hlbšiu analýzu a údaje o dosahu a rýchlosti zhromaždené radarom možno overiť pomocou LiDAR pre väčšiu presnosť. To znamená, že v budúcnosti budú všetky aplikácie založené na senzoroch integrovať kamery, radarové systémy, lidar a ďalšie senzory.

4. Lidar nemôže fungovať v drsných podmienkach prostredia
Kamery nemôžu fungovať bez dostatočného okolitého osvetlenia, ako napríklad v automobilových aplikáciách, kde dosah detekcie kamery môže dosiahnuť iba dosah svetlometov. Naproti tomu lidar má dosah detekcie stovky metrov bez ohľadu na podmienky intenzity svetla, pretože sa spolieha skôr na infračervené laserové lúče než na viditeľné svetlo. Inými slovami, samojazdiace auto vybavené lidarovým senzorom dokáže jazdiť v tme rovnako plynulo ako cez deň, aj keď sú svetlá vypnuté.
Pokiaľ ide o drsné podmienky, ako je hmla, dážď alebo sneh, LiDAR opäť ukazuje jasnú výhodu vo výkone a môže nahradiť nedostatky iných senzorov (ako sú kamery) v systéme vnímania.
Lidary často fungujú lepšie ako kamery v daždi, pretože ich lúče sú veľké. To umožňuje lúčom obchádzať prekážky (napríklad kvapky dažďa) na zrkadle snímača, takže dosah lidaru nie je do určitej miery ovplyvnený. Na porovnanie, veľkosť pixelov kamery je oveľa menšia ako veľkosť dažďovej kvapky, takže jej výhľad bude zakrytý.
Veľký lúč tiež umožňuje lidaru detekovať viaceré ozveny z rôznych rozsahov a spracovať len tú s najsilnejším signálom. To môže byť užitočné aj v zlých poveternostných podmienkach, napríklad keď sneží, pretože lidar môže ignorovať dopad odrazov od snehových vločiek. Kamera bez akýchkoľvek algoritmov strojového učenia nedokáže rozlíšiť medzi snehovými vločkami, mokrými šošovkami alebo tvrdými predmetmi a nakoniec vráti skreslený obraz.
LiDAR má tiež kratšie expozičné časy a rýchlosti uzávierky (milióntiny sekundy) ako fotoaparáty (tisíciny sekundy), čo znamená, že kvapky dažďa nie sú detekované ako pruhy presahujúce viacero pixelov, ale ako surové tvary.
Keďže lidar je optické zariadenie, jeho výkon môže byť negatívne ovplyvnený aj v podmienkach, ako je hustá hmla, no aj tak je schopný poskytnúť cennejšie údaje ako senzory ako kamery a dokáže detekovať na väčšie vzdialenosti.

5. Lidar senzory sú drahé
Boli časy, keď jedinými dostupnými lidarmi na trhu boli rotačné lidary, ktoré boli veľmi drahé a objemné a nedali sa vyrábať vo veľkých množstvách. Je teda prirodzené, že ľudia majú stále mylné predstavy o lidare a jeho vysokej cene. Ale od príchodu MEMS (mikroelektromechanických systémov) lidaru sa toto tvrdenie úplne zmenilo. MEMS komponenty sú vyrobené z kremíka a sú ľahko škálovateľné pre výrobu, vďaka čomu sú veľmi cenovo výhodné.
Pevný LiDAR využíva štandardné komponenty a nevyžaduje žiadnu pravidelnú údržbu, čím sa znižujú náklady. V posledných rokoch cena týchto lidarových senzorov klesla z tisícok dolárov na stovky dolárov, čo je trend, ktorý bude pokračovať aj v budúcnosti. V skutočnosti môžu byť senzory strednej triedy predávané za trojciferné ceny, keď sa vyrábajú vo veľkých objemoch.

Toto sú niektoré bežné mylné predstavy o technológii lidar a jej aplikáciách. V druhej časti tejto série odhalíme ďalšie nedorozumenia o lidare, ktoré ľudia prehliadajú.

Kontaktné informácie:

Ak máte nejaké nápady, neváhajte sa s nami porozprávať. Bez ohľadu na to, kde sú naši zákazníci a aké sú naše požiadavky, budeme nasledovať náš cieľ poskytovať našim zákazníkom vysokú kvalitu, nízke ceny a najlepšie služby.