Радарлық сенсор бен LiDAR: Қайсысы анықтау жүйесі жеңеді

Радарлық сенсор мен LiDAR: Қай зерттеу жүйесі жеңеді?

Автоматтандырылған жүріс, робототехника және өнеркәсіптік автоматтандырудың тез дамуы кеңістікті қабылдау саласында жоғары деңгейлі дебатты тудырды: Радар мен LiDAR . Көліктер адамдардың басқаратын қарапайым машиналардан ақылды, өзін-өзі танитын жүйелерге айналған сайын, осы машиналардың «көздері» қателеспейтін болуы керек. Екі технология да негізгі мақсат — кедергілерді анықтау және қашықтықты өлшеу — үшін қолданылады, бірақ олар толығымен әртүрлі физикалық құбылыстарға — радиотолқындарға немесе жарық импульстеріне — сүйенеді.

Қай жүйенің «жеңісін» анықтау үшін тек қарапайым қашықтық көрсеткіштеріне ғана емес, сонымен қатар осы сенсорлардың нақты әлемдегі ауа-райы факторлары, есептеу шектеулері мен өндірістік шығындар әсерінен қалай жұмыс істейтіндігіне де назар аудару керек.

1. Негізгі технологияны түсіну: Толқындар мен жарық

Олардың өнімділігін салыстырмас бұрын әрбір сенсордың жұмысын анықтайтын механикалық және физикалық принциптерді түсіну маңызды.

Радар (радиотолқындық анықтау және қашықтықты өлшеу)

Радар сенсорлары электромагниттік радиотолқындарды шығару арқылы жұмыс істейді. Бұл толқындар объектке тиіп қалғанда, олар қабылдағышқа кері қайтады. Уақыттың өтуін («жолда өткен уақыт») және жиіліктің ығысуын ( Допплер эффектісі ) өлшеу арқылы радар объектінің қашықтығын, бұрышын және — ең маңыздысы — оның салыстырмалы жылдамдығын анықтай алады. Қазіргі заманғы автомобильдік радар әдетте 76–81 ГГц миллиметрлік толқын (mmWave) диапазонында жұмыс істейді.

LiDAR (Жарықтың сәулеленуі мен қашықтықты анықтау)

LiDAR радарға ұқсас жұмыс істейді, бірақ ол импульсті лазер сәулелері түріндегі жарықты қолданады (әдетте 905 нм немесе 1550нм толқын ұзындықтары). LiDAR құрылғысы секундына миллиондаған лазерлік импульстерді жібереді, олар 360∘немесе тұрақты аймақтық үлгіде таратылады. Әрбір импульстің қайту уақытын өлшеу арқылы жүйе өте нақты 3D нүктелердің бұлуты — физикалық ортаның миллиметрлік дәлдікпен цифрлық "егізі".

2. Табиғи ортаға төзімділік бойынша шайқас

Зертханалық бақыланатын ортада екі сенсор да өте жақсы көрсеткіш көрсетеді. Алайда, шын әлем — бұл тұманды, күшті жаңбырлы және көз түсіретін күн сәулесімен толы қиын орта.

Радиолокацияның артықшылығы: Барлық ауа-райы жағдайларында сенімділік

Радиолокацияның ең үлкен күші — оның табиғи ортаға төзімділігі. Радиотолқындардың жарыққа қарағанда әлдеқайда ұзын толқын ұзындықтары болғандықтан, олар тұман, қар, шаң және күшті жаңбыр сияқты атмосфералық кедергілерден минималды әлсіреумен өтеді. Сонымен қатар, радиолокация — «белсенді» сенсор болып табылады және жарықтың болуы немесе болмауы оған әсер етпейді; ол түнгі қараңғылықта да, күндізгі күннің қатты жарығында да бірдей жұмыс істейді.

LiDAR-дың кемшілігі: Атмосфералық кедергілер

Себебі LiDAR жарыққа сүйенеді, сондықтан ол адам көзінің сияқты қатарынан шектеулерге ұшырайды. Тұманды немесе күшті жаңбырлы ауадағы су тамшылары лазер импульстарын шашыратып, нүктелік бұлтта "шуды" тудырады немесе анықтау қашықтығын қатты төмендетеді. Алайда 1550нм LiDAR жүйелері осы жағдайларда қымбат емес 905 нм нұсқаларына қарағанда жақсы өнімділік көрсетеді, бірақ Радар барлық ауа-райы жағдайларында қабылдаудың шешуші чемпионы болып қала береді.

3. Дәлдік пен объектілерді тану: Нүктелік бұлттың қуаты

Радар көшірме арқылы "көруде" жетістікке жетсе де, ол өзі "көргенін" түсіну қиындығына ұшырайды. Осы жерде LiDAR басымдыққа ие болады.

LiDAR-дың дәлдігі

LiDAR қазіргі уақытта Радардың қол жеткізе алмайтын кеңістіктік шешімділік деңгейін қамтамасыз етеді. Жоғары шешімділікті LiDAR көшедегі баланы және оның қасындағы өрт сорғысын ажыратып ала алады. Ол жаяу адамның, велосипедшінің немесе жол бедерінің нақты пішінін анықтай алады. Бұл жоғары дәлдікті карта құру автомобильдің "миы" (ЖИ жинағы) үшін көп ұғымды бағдарламалау шешімдерін қабылдауға мүмкіндік береді.

Радардың "көлеңке түзуі" және анықтық мәселелері

Стандартты радар салыстырмалы түрде төмен кеңістіктік анықтыққа ие. Радар сенсоры үшін металдан жасалған көпірдің астында тоқтаған автомобиль радиотолқындардың бірнеше металдық беттерден шағылуына байланысты ("көпжолды интерференция") өзі көпірдің өзіне ұқсас болуы мүмкін. Бұл тарихи түрде автономды жүйелердің қозғалмайтын қауіпті зат пен зиянсыз жоғары орналасқан құрылыс арасында айыруға қиындық туғызған "жалған теріс нәтижелерге" әкелді. Алайда 4D кескіндеу радары вертикальды анықтықты қосу арқылы осы аралықты жабуда, алайда LiDAR әлі де жоғары анықтықты 3D карталау үшін алтын стандарт болып табылады.

4. Жылдамдық факторы: Допплер артықшылығы

Соқтығысулардан қорғану үшін жылдамдық — маңызды айнымалы. Объектінің бар екенін білу жақсы; алайда, оның сізге қаншалықты жылдам жақындап келе жатқанын дәл білу одан да жақсы.

Радардың табиғи жылдамдық анықтауы

Радар Доплер эффектісі арқылы жылдамдық үстемдігін жеңеді. Ол бір кадрда ғана объектінің лездік радиалды жылдамдығын өлшей алады. Бұл жүйенің алдыңғы машина тежегішті басқан кезде немесе камера немесе LiDAR негізіндегі жүйе қашықтықтағы өзгерісті уақыт бойынша есептеу үшін жеткілікті кадрларды өңдей алмай тұрған кезде-ақ лездік реакция беруіне мүмкіндік береді.

LiDAR-дың реттелген есептеуі

Дәстүрлі ToF (ұшу уақыты) LiDAR жылдамдықты бірнеше тізбекті кадрлар бойынша объектінің орнындағы өзгерістерді салыстыру арқылы есептеуі керек. Бұл аздап кідіріске әкеледі. Алайда, жаңа буын FMCW (жиілігі модуляцияланған үздіксіз толқын) LiDAR нарыққа кіріп жатыр, ол — радар сияқты — лездік жылдамдықты өлшей алады, бірақ бұл құрылғылар қазірше әлдеқайда қымбат тұрады.

5. Құны, масштабталуы және эстетика

Технология массалық нарықта "жеңіс" құрса, ол тұтынушы өнімдеріне оңай интеграциялануы және қол жетімді болуы керек.

• Баға: Радар — бұл жетілген технология, оның өте оптимизацияланған тасымалдау тізбегі бар. Стандартты автомобильдік радар сенсорының құны $50 пен $200 арасында болады. Ал жоғары өнімділікті LiDAR құрылғылары бағасы төмендеп келсе де, әлі де $500-ден бірнеше мың долларға дейін .

• Пішін факторы: Құрайды. Радар сенсорлары кішкентай болып келеді және олардың қызметін жоғалтпай, пластик bumpерлер немесе решеткалардың артына жасыруға болады. LiDAR құрылғылары (әсіресе механикалық айналмалы нұсқалары) жиі ірі болып келеді және «таза көріну» қажеттілігін туғызады, бұл көбінесе көптеген автономды сынақ автомобилдерінде кездесетін «төбе-модуль» стиліне әкеледі. Solid-state LiDAR бұл мәселені жақсартуда, бірақ радар әлі де шығыс автомобильдің әдемі дизайнына жасыруға оңайырақ.

6. Салыстырмалы кесте: Радар мен LiDAR

Техникалық ЖИҚ: Болашақты сезіну

Автокөлік тек радар арқылы қауіпсіз жүре ала ма? A: Бұл қиын. Кейбір өндірушілер «Көру + Радар» немесе тіпті «Тек көру» тәсілдерін сынақтан өткізді, бірақ көптеген сарапшылар «3-деңгейлі және 4-деңгейлі автономды жүру» үшін 3-деңгейлі және 4-деңгейлі автономды жүру , «шеттік жағдайларға» (күтпеген, сирек кездесетін жағдайларға) қол жеткізу үшін радар мен LiDAR қосылған резервті сенсорлар жинағы қажет деп келіседі.

4D кескіндеу радары дегеніміз не? A: Дәстүрлі радар тек 2D-да (арақашықтық пен горизонталь бұрыш) көреді. 4D радар бұған вертикаль (биіктік) өлшемін және уақыт (жылдамдық) өлшемін қосады, ол бастапқы LiDAR ұрпақтарының сапасына жақын әлдеқайда жоғары шешімділік береді.

LiDAR адам көзіне кедергі келтіре ме? A: Жоқ. Автомобильдік LiDAR-дың жұмыс істеуі үшін кластың 1 лазерлері қолданылады, бұлар көзге қауіпті емес. Олар адамның торлы қабығына зиян келтірмейтін қуат деңгейлері мен толқын ұзындықтарында жұмыс істейді.

Сұрақ: Неге біз әзірше барлық жаңа автокөліктерде LiDAR-ды көрмейміз? A: Негізінен, бұл құны мен есептеу қажеттіліктеріне байланысты. LiDAR нүктелерінің бұлутын өңдеу үшін машина ішіндегі қуатты есептеу құрылғылары (GPU/НПУ) қажет, бұл көліктің жалпы құнын арттырады.

Қорытынды: «Сенсорлардың бірігуі» шындығы

Олай болса, қай бақылау жүйесі жеңеді? Жауап: Ешқайсысы жеке жеңбейді.

Қазіргі технологиялық ландшафтта радар мен LiDAR бір-бірімен толықтырушы, алғашқыдан қарама-қарсы емес . Радар жоғары жылдамдықтағы іздеуді және барлық ауа райы жағдайларында сенімділікті қамтамасыз ететін «қауіпсіздік желісін» ұсынады, ал LiDAR күрделі қалалық бағдарламалау үшін қажетті «нақты детальдарды» береді.

Салада қарай Сенсорлық біріктіру — бұл жасанды интеллект радар, LiDAR және камералардан түскен деректерді біріктіріп, қоршаған орта туралы жалғыз, біртұтас «ақиқат» құратын әдіс. Радардың төзімділігін LiDAR-дың дәлдігімен ұштастырып, біз адам жүргізушілерге қарағанда тек қауіпсіз емес, сонымен қатар едәуір қауіпсізірек машиналар жасай аламыз. Бізде жеңімпаз емес, бізге шынымен автономды болашаққа қарай жетелейтін серіктестік бар.