Lidar – avtomobilski laserski čitalnik

Tehnika, Tehnika

Tretje oko, ki gleda v prihodnost avtonomne vožnje


Da bodo avtomobili lahko vozili avtonomno, bodo nujno potrebovali natančen pregled okolice, ki bo zaradi varnosti moral seči dovolj široko in daleč. Radar in kamera ne vidita vsega, zato iz vojske in samovozečih prototipov v serijske avtomobile prihaja zmogljivejši laserski čitalnik – lidar.

Samovozeči avto bo v vsakem trenutku moral imeti na razpolago ažurne in natančno analizirane podatke. Le tako bo na podlagi svojega položaja in hitrosti lahko predvideval ter dovolj hitro sprejemal ključne vozniške odločitve kot so zaviranje, pospeševanje, menjava smeri … Gre za hitrosti primerljive s hipno interakcijo med našimi možgani in čutili. Le tako bo umetna inteligenca dejansko zmogla v realnem času odgovarjati na dogodke v prometu oziroma okolici avtomobila. Vsako elektronsko oko vozila bo moralo videti dovolj daleč, gledati precej na široko ter hkrati prepoznati tudi pešca, psa, pa robnik, cvetlično korito … Govorimo o res zelo ostrem vidu, ki bo na razdalji od 200 do 300 metrov moral opaziti otroka. Procesorji bodo morali imeti dovolj rezerve v reakcijskem času, da bo vožnja varna. Brez izjemno natančne, neprestane analize okolice popolnoma avtonomna vožnja brez asistence voznika ne bo mogoča. Avto bo moral videti in čutiti tudi v slabem vremenu, megli, nalivu, sneženju …, sicer bo avtopilot hitro zašel v težave in odpovedal.

 Prvi sistemi so bili zelo dragi, saj so stali več kot 60.000 evrov. Za široko serijsko vgradnjo v avtomobile pa bo morala cena pasti na manj kot 100 evrov.

Laser pomaga kameri in radarju

Ko radar in kamera nista dovolj, na pomoč priskoči vojska z laserjem
Sodobni vozniški asistenti s kamerami visoke ločljivosti, radarji različnih dosegov in ultrazvokom pomagajo vozniku. A kamera ne zna meriti razdalje in hitrosti, sodobni radarji pa sicer natančno določajo hitrost in razdaljo, niso pa natančni pri prepoznavanju različnih manjših oblik. V vojaški raziskovalni agenciji DARPA so prvi združili najboljše iz sveta kamer in radarjev ter vsemu skupaj dodali še moč laserja. 3. novembra leta 2007 so prvi prototipi samovozečih avtomobilov na kalifornijske ceste zapeljali z vrtečim se laserskim čitalnikom na strehi – lidarjem. Tako tretje elektronsko oko je danes zmožno procesorjem poslati natančno tridimenzionalno sliko okolice: vsako sekundo jih naredi nič manj kot 2,5 milijona.

Izziv: gledati še dlje in natančneje za veliko manj denarja


Sodobni 64-kanalni lidar senzorji okolico nadzirajo v vseh smereh večplastno (64 plasti) in vse skupaj dopolnjujejo z živo sliko iz stereo kamer. Te berejo prometne znake, talne označbe, svetlobne signale in table. Lidar na razdalji 70 metrov izjemno natančno zmeri hitrost ostalih vozil in prepozna gibanje pešcev, kolesarjev in malih živali ter loči različne predmete – premične in nepremične. To je osnovni vid avtonomne vožnje. Ključni izziv bo pocenitev tehnologije in povečanje dosega vidnega polja. 

 

Kaj je in kako deluje lidar?

Lidar (Light detection and ranging) je visokozmogljiva merilna naprava s svetlobnimi senzorji oziroma laserskimi ali infrardečimi fotodiodami. Lidar za merjenje oddaljenosti in hitrosti uporablja razpršene svetlobne žarke. Ti z vrtenjem senzorja – laserska dioda žarek usmerja v vrteča ogledala – na vse strani (360 stopinj) tipajo okolico. Ko dosežejo oviro na poti, se po odboju vrnejo kot reflleksni signali. Zazna jih posebna kamera. Na podlagi časovne razlike, ki jo svetlobni žarek naredi na poti tja in nazaj, se natančno izračuna oddaljenost in hitrost, če se ovira premika. Vse se zgodi hipno, saj je izračun razdalje narejen skoraj sočasno z zaznavo ovire. Prednost je, da lidar deluje zanesljivo v vsakem vremenu podnevi in ponoči. Lidarji, ki smo jih videvali na strehah prototipnih avtomobilov, pa so preveliki in zaradi številnih gibajočih se delov še vedno premalo zanesljivi za serijsko vgradnjo.

Lidar senzor vgrajen v novi audi A8.

Novi audi A8 kot prvi cesto opazuje z lidarjem

Novi audi A8 je prvi serijski avtomobil z visokozmogljivim rotirajočim laserskim čitalnikom z vidnim poljem 145 stopinj. Komunikacija lidarja z ultrazvočnim tipali, kamerami in radarji srednjega in dolgega dosega audiju A8 omogočajo popolno 360-stopinjsko zaznavanje okolice.

Lidar omogoča tudi:

• avtonomno vožnjo v zastojih do hitrosti 60 km/h,
• preprečevanje nesreče z 41 aktivnimi vozniškimi asistenti,
• preprečevanje poškodbe platišča na robnikih.

Video: oglejte si kako deluje Audijev serijski sistem avtonomne vožnje - AI pilot

iPhone X prepozna obraz, avto bo moral videti 100-krat ostreje

Vidno polje trenutnih lidar tipal ne seže dovolj daleč za avtonomno vožnjo na vseh cestah in pri vseh dovoljenih hitrostih.
Prihaja še zmogljivejša, kompaktnejša, zanesljivejša in cenejša tehnologija  “flash-lidar”:

• enota je podobna kameri, brez gibljivih delov (vrtečih ogledal),
• nova svetlobna tipala so 100-krat bolj občutljiva kot fotodiode v pametnih telefonih, en sam laserski snop z učinkom bliska izriše digitalno podobo okolice.

Laserski čitalnik na prototipu Toyote pomaga kameri in radarju.

Jure Gregorčič

Jure Gregorčič

Novinar - urednik Motorevije

Nazaj