Kako rade lidarske "oči"?
Prije nego što govorimo o tome zašto prašina utječe na učinak prepoznavanja lidara, prvo moramo razjasniti kako lidar radi.
LiDAR (LiDAR, puni naziv Light Detection and Ranging) je aktivni senzor koji sam emituje laserski snop, a laserski snop se odbija nakon udara u okolne objekte. Mjerenjem vremena potrebnog da se svaki laserski impuls vrati iz emisije, može se izračunati udaljenost i smjer ciljanog objekta, čime se konstruiše trodimenzionalni oblak tačaka okolnog okruženja.
Ovaj dizajn može dobiti vrlo precizne informacije o okolišu u idealnim uvjetima, ali će na njega uvelike utjecati ako naiđe na objekte kao što su kapi kiše, dim, prašina, itd. Ove prepreke će utjecati na laserski snop, čime će utjecati na kvalitetu vraćenog signala.
Kako prašina ometa laserske signale?
Kada ljudi voze automobile, ako u okolini ima prašine, to zapravo ima mali uticaj. Ali za lidar, prašina je zapravo vrlo problematičan izvor smetnji.
Kada laserski snop naiđe na čestice prašine u zraku, dolazi do raspršivanja, a svjetlost koja bi prvobitno trebalo da putuje pravolinijski se odbija od čestica prašine. Takvo rasipanje će povratni signal učiniti slabijim i mutnijim, a dio svjetlosti se možda neće ni vratiti na prijemnu stranu. Što je više prašine, to će rasipanje svjetlosnih tačaka biti ozbiljnije, a detektovani efektivni signal će biti slabiji. Ovo će se na kraju manifestovati kao povećanje buke u podacima oblaka tačaka, nejasne obrise objekata, pa čak i pogrešna procena sistema da nema prepreka.
Osim što odbija svjetlost, prašina također uzrokuje da zrak gubi energiju tokom širenja, što uzrokuje smanjenje jačine signala koji prima radarski prijemnik. Jednom kada jačina signala padne na približno nivo šuma senzora, postaje teško precizno razlikovati stvarne refleksije i pozadinske buke, što direktno utiče na preciznost dometa i sposobnost identifikacije udaljenih objekata.
Prašina također može uzrokovati kontaminaciju LiDAR prozora za gledanje. LiDAR odašiljajuće i prijemne zrake moraju proći kroz prozirno zaštitno staklo ili prozor. Ako je na površini ovog prozora pričvršćena prašina, koja se postepeno akumulira i vremenom postaje sve deblja, laser će proizvesti difuznu refleksiju i apsorpciju kada prolazi kroz ovaj sloj zagađenja, a signal zraka koji izlazi i vraća se oslabio ili čak promijenio smjer. Ova vrsta fizičke okluzije ima veliki uticaj na ukupni kvalitet oblaka tačaka. Ne samo da će mjerenje udaljenosti biti neprecizno, već može i dovesti do toga da sistem pogrešno povjeruje da je ispred vas prepreka ili da uopće ne vidi pravi objekt.
Kako smanjiti uticaj prašine na lidar
U stvari, mnoge protumjere su predložene i primijenjene na smetnje prašine.
Jedna ideja je da se smanji prianjanje prašine na prozor sa okova. U dizajnu materijala omotača radara i premaza, materijali sa visokom propusnošću svjetlosti i jakom sposobnošću protiv zarastanja mogu se koristiti za smanjenje nakupljanja prašine na zaštitnom poklopcu, čime se osigurava da laser bude što manje blokiran. Na primjer, u nekim scenarijima primjene, zaštitne navlake sa nano-premazima protiv obrastanja na površini koriste se kako bi se spriječilo prianjanje prašine i produžio ciklus čišćenja opreme.
Na nivou softvera, industrija je takođe razvila ciljano filtriranje i algoritme za prepoznavanje. Ovi algoritmi će kombinovati intenzitet i udaljenost laserskog eha i distribuciju tačaka oko oblaka tačaka kako bi odredili za koje tačke je veća verovatnoća da će biti buka uzrokovana rasipanjem prašine, a zatim ih ukloniti iz podataka oblaka tačaka. Takav "algoritam za uklanjanje prašine" može do određene mjere vratiti informacije o oblaku tačaka stvarnog okruženja i smanjiti utjecaj lažnih prepreka.
Druga metoda je spajanje senzora, što je kombinacija lidara s drugim tipovima senzora. Na primjer, kamere mogu pružiti informacije o slici koje pomažu u razlikovanju prašine od stvarnih meta. Radar sa milimetarskim-talasima ima bolje mogućnosti prodora za kišu, maglu i prašinu. Njihovo kombinovanje može formirati robusniji sistem percepcije, koji je mnogo pouzdaniji od jednog lidara u složenim okruženjima.
U nekim posebnim ekstremnim scenarijima bit će dodane aktivne mjere čišćenja, kao što je ugradnja uređaja za puhanje zraka, četkica ili drugih mehaničkih modula za čišćenje na vanjskoj strani lidara kako bi se redovito čistila prašina s površine prozora. Međutim, ova vrsta rješenja ima veće troškove i zahtjeve za održavanjem i uglavnom se koristi u industrijskim ili specijalnim robotskim okruženjima.
u zaključku,
prašina utiče na LiDAR na mnogo načina. Ne samo da ometa put laserskog širenja, već i smanjuje jačinu signala, kontaminira prozor senzora i na kraju dovodi do povećanog šuma u podacima oblaka tačaka, smanjene preciznosti prepoznavanja, skraćenog dometa detekcije, pa čak i pogrešne procjene prepreka. Za sigurno-kritične aplikacije kao što je autonomna vožnja, ovi uticaji se ne mogu zanemariti.
