Hogyan működnek a lidar "szemek"?
Mielőtt arról beszélnénk, hogy a por miért befolyásolja a lidar felismerő hatását, először tisztáznunk kell a lidar működését.
A LiDAR (LiDAR, teljes nevén Light Detection and Ranging) egy aktív érzékelő, amely önmagában lézersugarat bocsát ki, és a lézersugár visszaverődik, miután a környező tárgyakat érinti. Az egyes lézerimpulzusok emisszióból való visszatéréséhez szükséges idő mérésével kiszámítható a céltárgy távolsága és iránya, és ezáltal háromdimenziós pontfelhőt alkothat a környező környezetről.
Ez a kialakítás ideális körülmények között nagyon pontos környezeti információkat tud szerezni, de nagy hatással lesz rá, ha olyan tárgyakkal találkozik, mint például esőcseppek, füst, por stb. Ezek az akadályok befolyásolják a lézersugarat, így a visszaküldött jel minőségét.
Hogyan befolyásolja a por a lézerjeleket?
Amikor az emberek autót vezetnek, ha por van a környezetben, annak valójában csekély hatása van. De a lidar számára a por valójában nagyon problémás interferenciaforrás.
Amikor a lézersugár porszemcsékkel találkozik a levegőben, szóródás lép fel, és az eredetileg egyenes vonalban haladó fényt a porrészecskék eltérítik. Az ilyen szóródás miatt a visszatérő jel gyengébb és homályosabb lesz, és előfordulhat, hogy bizonyos fények nem is térnek vissza a vevőoldalra. Minél több a por, annál komolyabb lesz a fényfolt szórás, és annál gyengébb lesz az észlelt effektív jel. Ez végül a pontfelhő-adatok zajának növekedésében, homályos objektumok körvonalaiban, sőt a rendszer téves megítélésében, miszerint nincs akadály.
A por a fény eltérítése mellett azt is okozza, hogy a sugár energiát veszít a terjedés során, aminek következtében a radarvevő által vett jelerősség csökken. Amint a jelerősség az érzékelő zajszintje közelébe esik, nehéz lesz pontosan megkülönböztetni a valós tükröződést a háttérzajtól, ami közvetlenül befolyásolja a távolság pontosságát és a távoli tárgyak azonosításának képességét.
A por a LiDAR-nézőablak szennyeződését is okozhatja. A LiDAR adó- és vevőnyaláboknak átlátszó védőüvegen vagy ablakon kell áthaladniuk. Ha ennek az ablaknak a felületére por tapad, és az idővel fokozatosan felhalmozódik és megvastagodik, akkor a lézer ezen a szennyezőrétegen áthaladva diffúz visszaverődést és abszorpciót produkál, és a ki- és visszatérő sugár jele gyengül vagy akár irányt is változtat. Ez a fajta fizikai elzáródás nagy hatással van a pontfelhő általános minőségére. Nemcsak a távolságmérés lesz pontatlan, hanem azt is tévesen azt hiheti a rendszerrel, hogy akadály van előtte, vagy egyáltalán nem látja a valódi tárgyat.
Hogyan lehet csökkenteni a por hatását a lidarra
Valójában számos ellenintézkedést javasoltak és alkalmaztak a por interferenciájára.
Az egyik ötlet az, hogy csökkentsük a vasalatból származó por tapadását az ablakhoz. A radar héjanyagának és bevonatának kialakítása során a nagy fényáteresztő képességű és erős szennyeződésgátló -anyagokkal csökkenthető a por felhalmozódása a védőburkolaton, ezáltal biztosítható, hogy a lézer a lehető legkevésbé legyen blokkolva. Például egyes alkalmazási forgatókönyvekben nano-lerakódásgátló bevonattal ellátott védőburkolatokat használnak a por megtapadásának megakadályozására és a berendezés tisztítási ciklusának meghosszabbítására.
Szoftver szinten az iparág célzott szűrési és felismerési algoritmusokat is kifejlesztett. Ezek az algoritmusok kombinálják a lézeres visszhang intenzitását és távolságát, valamint a pontfelhő körüli pontok eloszlását, hogy meghatározzák, mely pontok nagyobb valószínűséggel porszórás okozta zajok, majd eltávolítják őket a pontfelhő adatokból. Egy ilyen "poreltávolító algoritmus" bizonyos mértékig vissza tudja állítani a valós környezet pontfelhő információit, és csökkenti a hamis akadályok hatását.
Egy másik módszer a szenzorfúzió, amely a lidar kombinálása más típusú érzékelőkkel. Például a kamerák képinformációkkal segítik a port és a valódi célpontok megkülönböztetését. A milliméteres-hullámradar jobban áthatol esőt, ködöt és port. Kombinációjuk robusztusabb észlelési rendszert hozhat létre, amely összetett környezetben sokkal megbízhatóbb, mint egyetlen lidar.
Egyes speciális szélsőséges forgatókönyvek esetén aktív tisztítási intézkedések is hozzáadásra kerülnek, például levegőfúvó eszközök, kefék vagy egyéb mechanikus tisztítómodulok felszerelése a lidar külső részére, hogy rendszeresen eltávolítsák a port az ablak felületéről. Az ilyen típusú megoldások azonban magasabb költségekkel és karbantartási igényekkel rendelkeznek, és főként ipari vagy speciális robotkörnyezetekben használják.
Befejezésül
a por sokféleképpen befolyásolja a LiDAR-t. Nemcsak a lézer terjedési útvonalát zavarja meg, hanem csökkenti a jelerősséget, szennyezi az érzékelő ablakát, és végső soron megnövekedett zajhoz vezet a pontfelhő adatokban, csökkenti a felismerési pontosságot, lerövidíti az érzékelési tartományt, sőt az akadályok téves megítéléséhez is vezet. Az olyan kritikus biztonsági-alkalmazások esetében, mint az autonóm vezetés, ezeket a hatásokat nem lehet figyelmen kívül hagyni.
