Autonomiczne samochody: LIDAR czy kamera?

© Arrow

Pojazdy autonomiczne są o krok od zrewolucjonizowania sposobu, w jaki prowadzona jest fizyczna wymiana towarów wokół nas. Już teraz autonomiczne boty dostawcze działają na zaludnionych obszarach miejskich, poruszając się po chodnikach i dostarczając paczki do odbiorcy. W ciągu najbliższej dekady na drogach prawdopodobnie pojawią się duże półciężarówki bez kierowców. Jednak wraz ze wzrostem rozmiarów, wagi i wartości tych pojazdów, dokładność, bezpieczeństwo i pilotujące je systemy naprowadzania będą stawały się coraz ważniejsze i coraz bardziej złożone.

Obecnie w systemach naprowadzania pojazdów autonomicznych stosuje się kilka metod, spośród których najczęściej wykorzystywane technologie to Lidar i kamery. Porównajmy więc przydatność Lidar i starszej technologii kamer w aplikacjach jazdy autonomicznej.

Co to jest Lidar (i radar)?

Lidar oznacza Light Detecting and Ranging i pod względem funkcjonalnym jest podobny do technologii radarowej. Radar, który opiera się na emisji, odbiciu i odbiorze fal radiowych, wykorzystuje częstotliwości elektromagnetyczne w zakresie od 30 cm do 3 mm. Emisje te są odbijane od obiektu i odbierane w pobliżu punktu emisji. Czas potrzebny na podróż światła wskazuje, jak daleko znajduje się odbijający falę obiekt.

Zasadniczo jedyną różnicą między radarem a Lidarem jest częstotliwość emisji fal elektromagnetycznych wykorzystywanych w systemie, jednak właśnie ta różnica częstotliwości wpływa na faktyczne możliwości obu zakresów długości fal. Na przykład radar może wykrywać tylko obiekty większe niż kula do kręgli (24 cm), ale może je wykryć w odległości do 10.000 m. Lidar natomiast może wykryć obiekty 10.000 razy mniejsze niż kula do kręgli, ale z kolei może wykryć tylko te obiekty, które są oddalone o mniej niż 200 m.

Systemy Lidar w pojazdach autonomicznych są odpowiedzialne za wykrywanie zarówno dużych, jak i małych obiektów, a często obiekty znajdujące się dalej niż 200 metrów nie są tak ważne w danym momencie jazdy. To sprawia, że ​​Lidar staje się naturalnym wyborem częstotliwości elektromagnetycznych do zastosowań w autonomicznej jeździe.

Kamery wciąż są kluczowym elementem

Kamery stosowane w samochodach autonomicznych to w istocie wyspecjalizowane czujniki obrazu, które wykrywają widmo światła widzialnego odbite od obiektów. Biorąc pod uwagę, że słońce emituje nadzwyczajne ilości promieniowania UV i światła widzialnego, czujniki obrazu mogą wykrywać wiele różnych częstotliwości światła widzialnego. Ich działanie jest podobne do tego, jak ludzkie oczy widzą światło: światło emitowane przez słońce odbija się od obiektów na różnych częstotliwościach - co nazywamy kolorami - i jest odbierane przez czujnik obrazu.

Widmo światła widzialnego waha się od 380-740 nm. Większość aparatów i przetworników obrazu nie widzi bardzo małych obiektów bez specjalnego obiektywu, ale potrzeba dojrzenia obiektów mniejszych niż człowiek jest rzadkością.

W przypadku kamer w zastosowaniach autonomicznej jazdy dokładne rozpoznawanie obrazu można osiągnąć przy rozdzielczości przetwornika obrazu nawet tak niskiej jak 1,2 megapiksela. Dla porównania, ludzkie oko jest uważane za odpowiednik aparatu o rozdzielczości 576 megapikseli.

Lidar kontra kamera

Temat Lidar kontra kamery w pojazdach autonomicznych jest szeroko dyskutowany. Ironia tych argumentów polega na tym, że technologie te opierają się na tej samej zasadzie, tj. emisji elektromagnetycznej - odbicia i odbioru przez czujnik - uzupełniających się wzajemnie.

Jednak podstawowa różnica między Lidarem a technologią kamer polega na tym, że Lidar emituje światło, które widzi, podczas gdy kamery tego nie robią. Daje to Lidarowi możliwość niezwykle dokładnego obliczania odległości do wielu jednocześnie wykrywanych obiektów.

Dlatego też pytanie ‘Która technologia jest lepsza?’ można by zamienić na pytanie ‘Która technologia jest bardziej zaawansowana?’.  Nowoczesne przetworniki obrazu CMOS zostały wynalezione przez NASA JPL w 1993 roku i szybko zyskały pozycję preferowanej technologii dla nowoczesnych kamer. Inżynier David Hall stworzył Lidar nieco później, bo w 2005 roku.

Biorąc pod uwagę, że nowoczesne kamery zostały wcześniej opracowane i rzetelnie przetestowane ‘w boju’, czy ich technologia jest lepsza? Krótka odpowiedź brzmi, że nikt jeszcze tego nie wie. Obie technologie są intensywnie wykorzystywane przez różne firmy, począwszy od garażowych startupów AV po największych producentów samochodów na świecie. Jednak żaden producent nie był jeszcze w stanie osiągnąć w pełni autonomicznej jazdy.

Debata o przyszłości Lidar kontra kamera

Zarówno Lidar, jak i technologia kamer są niezwykle wydajne i mają wyraźne zalety. Lidar może mapować całe pejzaże miejskie z dokładnością do milimetra, podczas gdy czujniki obrazu i kamery są bardziej zaawansowane i powszechnie produkowane. Tesla, która polega na kamerach, twierdzi, że do 2023 roku jej pojazdy będą mogły jeździć całkowicie autonomicznie.

Zapytany, jaką preferuje technologię, Elon Musk stwierdził: ‘Ludzie jeżdżą za pomocą oczu i biologicznych sieci neuronowych, więc sensowne jest, że kamery i krzemowe sieci neuronowe są jedynym sposobem na osiągnięcie generalnego rozwiązania problemu autonomicznej jazdy’. Być może założyciel Tesli ma rację, a może przyszłość opiera się jednak na szybszym rozpowszechnieniu Lidar. Pierwsza technologia, która umożliwi pełni wspierać autonomiczną jazdę, a następnie zostanie szeroko rozwinięta na dużą skalę, wygra ten wyścig.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy Arrow