Kako rade lidarske "oči"?
Prije nego što govorimo o tome zašto prašina utječe na učinak prepoznavanja lidara, prvo moramo pojasniti kako lidar radi.
LiDAR (LiDAR, puni naziv Light Detection and Ranging) je aktivni senzor koji sam emitira lasersku zraku, a laserska zraka se reflektira natrag nakon udara u okolne objekte. Mjerenjem vremena koje je potrebno svakom laserskom impulsu da se vrati iz emisije, može se izračunati udaljenost i smjer ciljnog objekta, čime se konstruira tro-dimenzionalni oblak točaka okolnog okoliša.
Ovaj dizajn može dobiti vrlo precizne informacije o okolišu pod idealnim uvjetima, ali će to biti jako pogođeno ako naiđe na objekte kao što su kišne kapi, dim, prašina, itd. Ove prepreke će utjecati na lasersku zraku, čime će utjecati na kvalitetu vraćenog signala.
Kako prašina ometa laserske signale?
Kada ljudi voze automobile, ako u okolišu ima prašine, to zapravo ima mali utjecaj. Ali za lidar, prašina je zapravo vrlo problematičan izvor smetnji.
Kada laserska zraka naiđe na čestice prašine u zraku, dolazi do raspršenja, a svjetlost koja bi izvorno trebala putovati pravocrtno biva skrenuta od čestica prašine. Takvo raspršenje učinit će povratni signal slabijim i mutnijim, a dio svjetlosti se možda neće niti vratiti na prijemni kraj. Što je više prašine, to će rasipanje svjetlosnih točaka biti ozbiljnije i detektirani efektivni signal će biti slabiji. To će se na kraju očitovati kao povećanje šuma u podacima oblaka točaka, nejasni obrisi objekata, pa čak i pogrešna procjena sustava da ne postoji prepreka.
Osim skretanja svjetlosti, prašina također uzrokuje gubitak energije snopa tijekom širenja, uzrokujući smanjenje snage signala koji prima radarski prijamnik. Nakon što jačina signala padne otprilike na razinu šuma senzora, postaje teško točno razlikovati stvarne refleksije od pozadinske buke, što izravno utječe na točnost dometa i sposobnost prepoznavanja udaljenih objekata.
Prašina također može uzrokovati kontaminaciju LiDAR prozora za gledanje. Zrake odašiljanja i primanja LiDAR-a moraju proći kroz prozirno zaštitno staklo ili prozor. Ako na površini ovog prozora ima prašine koja se postupno nakuplja i postaje sve gušća tijekom vremena, laser će proizvesti difuznu refleksiju i apsorpciju kada prolazi kroz ovaj sloj onečišćenja, a signal zrake koja izlazi i vraća se oslabit će ili čak promijeniti smjer. Ova vrsta fizičke okluzije ima veliki utjecaj na ukupnu kvalitetu oblaka točaka. Ne samo da će mjerenje udaljenosti biti netočno, već može dovesti do toga da sustav pogrešno povjeruje da postoji prepreka ispred ili da uopće ne vidi pravi objekt.
Kako smanjiti utjecaj prašine na lidar
U stvari, mnoge protumjere su predložene i primijenjene na smetnje prašine.
Jedna od ideja je smanjiti prianjanje prašine s okova na prozor. U dizajnu materijala oklopa i premaza radara mogu se koristiti materijali s visokom propusnošću svjetla i snažnom sposobnošću protiv-obraštanja kako bi se smanjilo nakupljanje prašine na zaštitnom poklopcu, čime se osigurava da laser bude što je moguće manje blokiran. Na primjer, u nekim scenarijima primjene koriste se zaštitni pokrivači s nano-prevlakama protiv obraštanja na površini kako bi se spriječilo prianjanje prašine i produžio ciklus čišćenja opreme.
Na razini softvera, industrija je također razvila ciljane algoritme za filtriranje i prepoznavanje. Ovi će algoritmi kombinirati intenzitet i udaljenost laserskog odjeka i distribuciju točaka oko oblaka točaka kako bi odredili koje će točke vjerojatnije predstavljati buku uzrokovanu raspršivanjem prašine, a zatim ih ukloniti iz podataka oblaka točaka. Takav "algoritam za uklanjanje prašine" može u određenoj mjeri vratiti informacije o oblaku točaka stvarnog okruženja i smanjiti utjecaj lažnih prepreka.
Druga metoda je spajanje senzora, što znači kombiniranje lidara s drugim vrstama senzora. Na primjer, kamere mogu pružiti slikovne informacije koje pomažu u razlikovanju prašine od stvarnih meta. Radar milimetarskih-valova ima bolje mogućnosti prodiranja za kišu, maglu i prašinu. Njihovim kombiniranjem može se formirati robusniji sustav percepcije, koji je mnogo pouzdaniji od jednog lidara u složenim okruženjima.
U nekim posebnim ekstremnim scenarijima dodat će se aktivne mjere čišćenja, kao što je ugradnja uređaja za puhanje zraka, četki ili drugih mehaničkih modula za čišćenje na vanjskoj strani lidara kako bi se redovito čistila prašina s površine prozora. Međutim, ova vrsta rješenja zahtijeva veće troškove i održavanje te se uglavnom koristi u industrijskim ili posebnim robotskim okruženjima.
Zaključno,
prašina utječe na LiDAR na mnogo načina. Ne samo da ometa put širenja lasera, već također smanjuje snagu signala, kontaminira prozor senzora i u konačnici dovodi do povećanog šuma u podacima oblaka točaka, smanjene točnosti prepoznavanja, skraćenog dometa detekcije, pa čak i do pogrešne procjene prepreka. Za sigurnosno-kritične aplikacije poput autonomne vožnje, ti se utjecaji ne mogu zanemariti.
