Dažni mitai apie LiDAR jutiklius – 1 dalis

Pasaulio mokslui ir technologijoms tobulėjant intelekto ir didelio efektyvumo link,Lidar lazerinis modulisir jos paraiškos taip pat susilaukia vis daugiau dėmesio. Tačiau žmonės taip pat turi tam tikrų nesusipratimų apie lidar technologiją ir našumą. Šis straipsnis atskleis penkis dažniausiai pasitaikančius nesusipratimus apie lidarą.

1. Lidaro taikymo technologija yra sudėtinga
Nors lidar yra sudėtingas jutiklis, sudarytas iš skirtingos aparatinės įrangos, pagrindinis jo veikimo principas iš tikrųjų yra gana paprastas. Jutiklis naudoja skrydžio laiko metodą, aptikimo principą, panašų į šikšnosparnius naudojant garso bangas arba radarą, naudojantį mikrobangas.
Jei suskirstysime jutiklį į jo komponentus, būtent lazerį, detektorių ir spindulio nukreipimo bloką, lidar nebėra bauginanti technologija. Lazerio šaltinis pirmiausia skleidžia lazerio impulsus. Šie impulsai nukreipiami į sceną per mikrogalvanometrus. Detektorius aptinka atsispindėjusią Q šviesą ir tiksliai apskaičiuoja atstumą pagal lazerio impulso emisijos ir grįžimo laiką.
Šis procesas kartojamas tūkstančius ar net milijonus kartų per sekundę, kad realiuoju laiku būtų generuojami tikslūs 3D aplinkos taškiniai debesys. Šiuos 3D taškų debesies duomenis lengva analizuoti ir panaudoti, pavyzdžiui, savarankiškam vairavimo sprendimų priėmimui.
Ši technologija sukurta po to, kai septintojo dešimtmečio pradžioje buvo išrastas impulsinis lazeris, kuris skleidžia pasikartojančius šviesos impulsus, o ne naudoja nuolatines bangas.

⒉. Savarankiškai vairuojančių automobilių atveju lidaras yra nereikalingas
2019 m. vykusioje konferencijoje Elonas Muskas ignoravo lidaro naudojimą savarankiškai vairuojamuose automobiliuose – incidentą, kuris iki šiol sukėlė daugybę mitų apie lidarą. Jis tvirtina, kad lidaras, padedamas kamerų ir išmaniųjų algoritmų, yra perteklinis ir visada laikysis.
Fotoaparatai taiko skirtingas vaizdo atpažinimo technologijas spalvotiems vaizdiniams vaizdams rinkti, tačiau naudojant tik vieną kamerą galima užfiksuoti tik 2D duomenis, o tai gali lengvai sukelti vizualines iliuzijas ir klaidingus atstumo vertinimus. Yra tragiškų pavyzdžių, kai šie trūkumai yra pavojingi ir kartais mirtini.
Priešingai, lidar gali patikimai užfiksuoti 3D duomenis ir tiksliai nustatyti atstumus bei objektų dydžius.
Tikslių 3D lidar duomenų integravimas padeda fotoaparatui vis tiek suvokti supančią aplinką, net kai fotoaparatas yra „aklas“. Pavyzdžiui, kamerai reikia šiek tiek laiko prisitaikyti prie šviesos pokyčių išėjus iš tunelio.
Be to, kamerų generuojami 2D vaizdai gali atrodyti pakankamai tikslūs, kad būtų galima išmokyti savarankiškai važiuojančių automobilių algoritmus. Tačiau jie vis dar turi daug netikslumų, kurie sumažina mašininio mokymosi modelių tikslumą, taigi ir transporto priemonės gebėjimą jausti, numatyti ir priimti sprendimus. Mašininio mokymosi galimybės, palengvinančios autonominį vairavimą, turi būti keičiamos ir išspręsti „ilgos uodegos problemą“. Tai reiškia, kad nepakanka patenkinti 95 procentus scenarijų, su kuriais susiduria transporto priemonės kelyje. Mašininiu mokymusi pagrįstos autonominio vairavimo galimybės taip pat turi siekti 5 proc. Treniruotėms sudėtingose ​​situacijose ir nuolat gerinant našumą reikia daug grynų kameros sistemos duomenų.
Priešingai, „lidar“ gali pateikti daugiau mašininio mokymosi numatymo modelių, tuo pačiu generuodamas didesnio tikslumo mokymo duomenis. Todėl lidar yra būtinas jutiklis patikimesnėms ir tvirtesnėms autonominėms vairavimo sistemoms.

3. Lidar gali būti visiškai pakeistas kitais jutikliais
Vienas iš labiausiai paplitusių klaidingų nuomonių apie lidarą yra tai, kad jį galima pakeisti fotoaparato arba radaro jutikliu. Tai klaidinga nuomonė, kylanti iš nesupratimo, kaip šios jutiklių technologijos skirtingai klasifikuoja objektus. Suprasdami skirtingas šių jutiklių galimybes ir jų gaminamų duomenų tipus, pamatysime, kaip jie papildo vienas kitą savo funkcionalumu. Fotoaparatas užfiksuoja 2D vaizdą, kuriame pateikiama pilkos spalvos arba spalvų informacija, tekstūra ir kontrastas. Norint toliau analizuoti šiuos duomenis, reikalinga vaizdo atpažinimo programinė įranga. Kadangi fotoaparatas naudoja pasyvaus matavimo principą, objektai turi būti apšviesti, kad juos būtų galima aptikti. Be to, norint sukurti 3D vaizdus, ​​reikia dviejų ar daugiau kamerų, taip pat didelės skaičiavimo galios.
Radaro žvaigždžių matavimo trimatė informacija pasižymi itin dideliu tikslumu nustatant objektų atstumą ir greitį. Tačiau skiriamoji geba yra maža ir jie negali tiksliai aptikti (centimetro skalėje) ar klasifikuoti objektų.
LiDAR iš surinktų trimačių duomenų sukuria taškų debesį. Remdamasis taškinio debesies forma ir dydžiu, jis gali tiksliai aptikti objektus ir suskirstyti juos į skirtingas kategorijas, pvz., žmones, automobilius, pastatus ir kt.
LiDAR užpildo kitų jutiklių technologijų spragas, rinkdama itin išsamią ir patikimą trimatę informaciją. Jis gali aptikti ir tiksliai klasifikuoti taikinius įvairiose aplinkose, todėl išsiskiria iš įvairių tipų jutiklių. Kamerų duomenys gali būti naudojami gilesnei analizei, o radaro surinktus nuotolio ir greičio duomenis galima patikrinti naudojant LiDAR, kad būtų didesnis tikslumas. Tai reiškia, kad ateityje visos jutikliais pagrįstos programos integruos kameras, radarų sistemas, lidar ir kitus jutiklius.

4. Lidar negali dirbti atšiauriomis aplinkos sąlygomis
Fotoaparatai negali veikti be pakankamo aplinkos apšvietimo, pvz., naudojant automobilius, kai kameros aptikimo diapazonas gali siekti tik priekinių žibintų diapazoną. Priešingai, lidar aptikimo diapazonas yra šimtai metrų, nepaisant šviesos intensyvumo sąlygų, nes jis remiasi infraraudonaisiais lazerio spinduliais, o ne matoma šviesa. Kitaip tariant, savarankiškai važiuojantis automobilis su lidar jutikliu gali važiuoti taip pat sklandžiai tamsoje, kaip ir dieną, net jei priekiniai žibintai yra išjungti.
Kalbant apie atšiaurias sąlygas, tokias kaip rūkas, lietus ar sniegas, LiDAR dar kartą parodo aiškų pranašumą našumo atžvilgiu ir gali kompensuoti kitų jutiklių (pvz., fotoaparatų) suvokimo sistemos trūkumus.
Lidarai dažnai veikia geriau nei fotoaparatai lyjant, nes jų spinduliai yra dideli. Tai leidžia spinduliui apeiti kliūtis (pvz., lietaus lašus) ant jutiklio veidrodžio, todėl lidaro diapazonas tam tikru mastu nepaveikiamas. Palyginimui, fotoaparato pikselių dydis yra daug mažesnis nei lietaus lašo dydis, todėl jo vaizdas bus užtemdytas.
Didelis spindulys taip pat leidžia lidar aptikti kelis aidus iš skirtingų diapazonų ir apdoroti tik tą, kurio signalas stipriausias. Tai taip pat gali būti naudinga esant blogoms oro sąlygoms, pavyzdžiui, kai sninga, nes lidaras gali nepaisyti snaigių atspindžių poveikio. Fotoaparatas be jokių mašininio mokymosi algoritmų negali atskirti snaigių, šlapių objektyvų ar kietų objektų ir galiausiai pateikia iškreiptą vaizdą.
LiDAR taip pat turi trumpesnį ekspozicijos laiką ir užrakto greitį (milijoninėmis sekundės dalimis) nei fotoaparatų (tūkstančiomis sekundės dalimis), o tai reiškia, kad lietaus lašai aptinkami ne kaip juostelės, besidriekiančios kelis pikselius, o kaip neapdorotos formos.
Kadangi lidar yra optinis įrenginys, jo veikimas taip pat gali turėti neigiamos įtakos tokiomis sąlygomis kaip stiprus rūkas, tačiau jis vis tiek gali pateikti vertingesnių duomenų nei jutikliai, pvz., fotoaparatai, ir gali aptikti didesniu atstumu.

5. Lidar jutikliai yra brangūs
Buvo laikas, kai vieninteliai rinkoje esantys lidarai buvo besisukantys lidarai, kurie buvo labai brangūs ir dideli ir negalėjo būti gaminami dideliais kiekiais. Taigi natūralu, kad žmonės vis dar turi klaidingų nuomonių apie lidarą ir didelę jo kainą. Tačiau nuo MEMS (mikroelektromechaninių sistemų) lidar atsiradimo šis teiginys visiškai pasikeitė. MEMS komponentai yra pagaminti iš silicio ir yra lengvai keičiami gamybai, todėl jie yra labai ekonomiški.
Kietojo kūno LiDAR naudoja standartinius komponentus ir nereikalauja reguliarios priežiūros, todėl sumažėja išlaidos. Pastaraisiais metais šių lidar jutiklių kaina sumažėjo nuo tūkstančių dolerių iki šimtų dolerių – tokia tendencija išliks ir ateityje. Tiesą sakant, vidutinės klasės jutikliai gali būti parduodami net už triženklę kainą, kai gaminami dideli kiekiai.

Tai yra keletas paplitusių klaidingų nuomonių apie lidar technologiją ir jos pritaikymą. Antroje šios serijos dalyje atskleisime daugiau nesusipratimų apie lidarą, kurių žmonės nepastebi.

Kontaktinė informacija:

Jei turite kokių nors idėjų, nedvejodami pasikalbėkite su mumis. Nesvarbu, kur yra mūsų klientai ir kokie yra mūsų reikalavimai, sieksime savo tikslo teikti klientams aukštą kokybę, žemas kainas ir geriausias paslaugas.