Kaip veikia lidaro „akys“?
Prieš kalbėdami apie tai, kodėl dulkės veikia lidaro atpažinimo poveikį, pirmiausia turime išsiaiškinti, kaip veikia lidaras.
LiDAR (LiDAR, visas pavadinimas Light Detection and Ranging) yra aktyvus jutiklis, kuris pats skleidžia lazerio spindulį, o atsitrenkęs į aplinkinius objektus lazerio spindulys atsispindi atgal. Matuojant laiką, per kurį kiekvienas lazerio impulsas grįžta iš spinduliuotės, galima apskaičiuoti tikslinio objekto atstumą ir kryptį, taip sukuriant trimatį supančios aplinkos taškinį debesį.
Ši konstrukcija gali gauti labai tikslią informaciją apie aplinką esant idealioms sąlygoms, tačiau ji bus labai paveikta, jei ji susidurs su tokiais objektais kaip lietaus lašai, dūmai, dulkės ir kt. Šios kliūtys paveiks lazerio spindulį ir taip paveiks grįžtamo signalo kokybę.
Kaip dulkės trukdo lazerio signalams?
Kai žmonės vairuoja automobilius, jei aplinkoje yra dulkių, tai iš tikrųjų turi mažai įtakos. Tačiau lidarui dulkės iš tikrųjų yra labai varginantis trukdžių šaltinis.
Kai lazerio spindulys susiduria su dulkių dalelėmis ore, įvyksta sklaida, o šviesa, kuri iš pradžių turėtų sklisti tiesia linija, yra nukreipiama dulkių dalelių. Dėl tokio išsibarstymo grįžtamasis signalas bus silpnesnis ir neryškesnis, o dalis šviesos gali net negrįžti į priėmimo galą. Kuo daugiau dulkių, tuo rimtesnis bus šviesos taško sklaida, o aptiktas efektyvus signalas bus silpnesnis. Tai galiausiai pasireikš kaip triukšmo padidėjimas taškinių debesų duomenims, neaiškūs objektų kontūrai ir netgi klaidingas sistemos sprendimas, kad kliūčių nėra.
Dulkės ne tik nukreipia šviesą, bet ir lemia, kad pluoštas netenka energijos sklidimo metu, todėl radaro imtuvo gaunamo signalo stiprumas sumažėja. Kai signalo stiprumas nukrenta iki maždaug jutiklio triukšmo lygio, tampa sunku tiksliai atskirti tikrus atspindžius ir foninį triukšmą, o tai tiesiogiai veikia nuotolio tikslumą ir galimybę identifikuoti tolimus objektus.
Dulkės taip pat gali užteršti LiDAR žiūrėjimo langus. LiDAR perduodantys ir priimantys spinduliai turi praeiti per skaidrų apsauginį stiklą arba langą. Jei ant šio lango paviršiaus yra prisitvirtinusios dulkės, kurios palaipsniui kaupiasi ir laikui bėgant tirštėja, lazeris, eidamas per šį taršos sluoksnį, sukels difuzinį atspindį ir sugertį, o išeinančio ir grįžtančio pluošto signalas susilpnės ar net pakeis kryptį. Tokia fizinė okliuzija daro didelę įtaką bendrai taškinio debesies kokybei. Ne tik atstumo matavimas bus netikslus, bet ir gali priversti sistemą klaidingai manyti, kad priekyje yra kliūtis arba iš viso nematyti tikrojo objekto.
Kaip sumažinti dulkių poveikį lidarui
Tiesą sakant, buvo pasiūlyta ir pritaikyta daug atsakomųjų priemonių dulkių trukdžiams.
Viena iš idėjų yra sumažinti dulkių sukibimą su langu nuo apkaustų. Kuriant radaro korpuso medžiagą ir dangą, gali būti naudojamos medžiagos, turinčios didelį šviesos pralaidumą ir stiprią anti-užteršimo savybę, siekiant sumažinti dulkių kaupimąsi ant apsauginio dangtelio ir taip užtikrinti, kad lazeris būtų kuo mažiau blokuojamas. Pavyzdžiui, kai kuriais atvejais naudojami apsauginiai dangteliai su nano-apauginimo dangomis ant paviršiaus, kad būtų išvengta dulkių prilipimo ir prailginamas įrangos valymo ciklas.
Programinės įrangos lygmeniu pramonė taip pat sukūrė tikslinius filtravimo ir atpažinimo algoritmus. Šie algoritmai sujungs lazerio aido intensyvumą ir atstumą bei taškų pasiskirstymą aplink taškinį debesį, kad nustatytų, kurie taškai greičiausiai bus triukšmas, kurį sukelia dulkių sklaida, ir pašalins juos iš taškų debesies duomenų. Toks „dulkių šalinimo algoritmas“ gali tam tikru mastu atkurti realios aplinkos taškinio debesies informaciją ir sumažinti netikrų kliūčių poveikį.
Kitas būdas yra jutiklių suliejimas, kuris yra sujungti lidarą su kitų tipų jutikliais. Pavyzdžiui, fotoaparatai gali pateikti vaizdo informaciją, kuri padėtų atskirti dulkes nuo tikrų taikinių. Milimetri-bangų radaras geriau prasiskverbia į lietų, rūką ir dulkes. Sujungus juos galima sukurti tvirtesnę suvokimo sistemą, kuri yra daug patikimesnė nei vienas lidaras sudėtingoje aplinkoje.
Kai kuriais ypatingais ekstremaliais scenarijais bus pridėtos aktyvios valymo priemonės, pvz., oro pūtimo įtaisų, šepečių ar kitų mechaninio valymo modulių įrengimas lango išorėje, kad reguliariai nuvalytų dulkes nuo lango paviršiaus. Tačiau tokio tipo sprendimai turi didesnius sąnaudų ir priežiūros reikalavimus ir dažniausiai naudojami pramoninėje ar specialioje robotų aplinkoje.
Apibendrinant,
dulkės įvairiais būdais veikia LiDAR. Tai ne tik sutrikdo lazerio sklidimo kelią, bet ir sumažina signalo stiprumą, užteršia jutiklio langą ir galiausiai padidina taškų debesies duomenų triukšmą, sumažina atpažinimo tikslumą, sutrumpina aptikimo diapazoną ir netgi klaidingai įvertina kliūtis. Saugumo -svarbių programų, pvz., autonominio vairavimo, atveju šių poveikių negalima ignoruoti.
