Как воспринимают окружающий мир беспилотные автомобили
Беспилотные автомобили должны не только выстраивать необходимый маршрут по навигатору, но и ориентироваться на местности и в окружающей среде. Представьте, что беспилотная машина едет по дороге и встречает на своем пути несколько препятствий. Чтобы построить правильный маршрут в такой ситуации, автомобиль должен не только «увидеть» препятствия, но и верно оценить расстояние до каждого из них, а также их форму и размеры. Для этого беспилотнику нужна довольно сложная многокомпонентная система ориентации в пространстве, работающая без погрешностей в любых погодных условиях и при любой видимости.
Два основных компонента зрения беспилотника
В современные беспилотники встраиваются лидары – зрительные устройства, по принципу действия похожие на радар, но использующие для ориентации не радиоволны, а световые волны, и интегральная фотоника, которая обрабатывает полученную информацию.
Как работает лидар
Лидар – это устройство получения и обработки информации об удаленных объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления поглощения и рассеяния света в оптически прозрачных средах. Аббревиатура LIDAR (Light Identification Detection and Ranging) буквально означает обнаружение, идентификация и определение дальности с помощью света.
Лидар функционирует по принципу определения расстояния по времени возврата отраженных лучей, как и радар. Только если в радарах часто используются отраженные радиоволны, то в лидарах используются отраженные световые волны.
Чтобы увеличить точность распознавания объекта, его размера и формы, размер самого луча должен быть небольшим. Потому в беспилотных машинах используется узконаправленный инфракрасный лазер. Оценить размер и форму объекта помогает серия коротких узконаправленных лучей, посылаемых к объекту. В настоящее время это достигается несколькими способами:
- Вращение лазерной установки на 360 градусов. В такой установке задействовано большое количество лазеров, которые при вращении цепляют окружающие предметы и сканируют пространство целиком. Хороший способ обнаружения препятствий и ориентации на местности, но его критикуют за дороговизну (минимальное количество лазеров - 16).
- Использование зеркал, меняющих направление луча с помощью технологии МЭМС, которая успешно используется в датчиках движения. Недостаток этого способа – сканирование затрудняется при высокой скорости автомобиля.
- Частотная модуляция. Чтобы импульс был достаточно коротким, он регулируется определенной технологией, позволяющей быстро посылать несколько лучей подряд для распознавания небольших объектов, но в то же время не делать серию включений и выключений лазера, снижающих его производительность. Просто каждый луч делится надвое в махе цендера, и при необходимости часть разделенного потока света блокируется на очень короткое время.
Для чего нужна фотонная интегральная система
Интегральная фотоника – это устройство, которое обрабатывает получаемые оптические сигналы, сравнивает их с данными из интернета и позволяет гасить ненужные волны для более точной оценки препятствия. Интегральная схема позволяет автомобилю ориентироваться в пространстве на основании двух типов данных:
- информации от лидара;
- данных навигации.
Раньше, в беспилотных механизмах первого поколения для сканирования пространства использовались сложные вращающиеся агрегаты, оценивающие дорогу с крыши или багажника авто. Но сейчас, благодаря фотонной интегральной схеме, сам визуальный датчик можно сделать практически незаметным и поместить, например, в фары. Фотонная интегральная схема также позволяет оценивать пространство лидаром при высокой скорости движения.
Возможности машинного зрения
TED эксперт AIM Photonics Academy Саджан Сайни рассказывает про лидар нового поколения для беспилотников будущего, которые смогут «видеть» дорогу с разрешением до миллиметра. Это в сто раз более четко, чем человеческое идеальное зрение. Такого разрешения можно добиться, помещая в устройство блокировки световых волн световой датчик с очень высокой чувствительностью.
Современные беспилотные автомобили оснащаются системой восприятия, аналогичной анализаторам живых организмов. Есть устройство восприятия, лидар, датчики и камеры, а также имеется устройство для анализа поступающих сигналов и их коррекции, что обеспечивает очень высокие адаптационные возможности беспилотника. Благодаря этому появляется способность не только следовать по маршруту, но и редактировать свою траекторию в зависимости от ситуации на дороге.
