自動運転、ロボット工学、インテリジェント交通、産業オートメーションにおいて、正確な環境認識は性能、安全性、そして信頼性にとって不可欠です。LiDAR（光検出・測距）とmmWave（ミリ波）レーダーは、最も人気のある2つのセンシング技術です。これらの技術の違いは何でしょうか？そして、アプリケーションに最適なものをどのように選択すればよいのでしょうか？
これらの違いを理解することで、システム設計と効率性は大きく左右されます。本稿では、これらの技術の機能、強み、そして実用的な応用について徹底的に分析します。また、関連するLinpowaveミリ波レーダーソリューションへのリンクも掲載しています。
詳細な製品仕様と使用例については、 Linpowave mmWave レーダー製品をご覧ください。
LiDAR はどのように使用しますか?
LiDARは、Time-of-Flight（ToF）と呼ばれる技術を用いて、レーザーパルスを発射し、反射光が戻ってくるまでの時間を計測することで距離を測定します。LiDARは、シーンをスキャンすることで、物体の形状、輪郭、空間関係を正確に描写する高解像度の3Dポイントクラウドを作成します。
LiDARは、905nmや1550nmといった近赤外線波長においてセンチメートルレベルの空間精度を実現できるため、詳細なマッピングや分類作業に最適です。自動運転車においては、周囲の正確な地図を作成し、高度なナビゲーションや障害物回避を実現するために広く活用されています。
しかし、LiDARが光に依存することには欠点があります。雨、霧、雪、塵などはレーザーパルスを散乱または吸収する大気条件の例であり、点群の精度を低下させます。高密度の点群データを処理するにはかなりの処理能力が必要であり、システムコストと消費電力が増加します。
mmWaveレーダーはどのように動作するのでしょうか?
ミリ波レーダーは、30～300GHzの周波数範囲（波長にして約1～10mm）の電磁波を利用します。LiDARとは異なり、ミリ波レーダーは光ではなく電波を使用します。ミリ波レーダーは、時間遅延、位相シフト、ドップラー周波数の変化を利用してこれらの電波を送信し、反射信号を分析することで物体までの距離、速度、角度を測定します。
ミリ波レーダーの主な利点の一つは、全天候型信頼性です。ミリ波帯の電波は光信号よりも雨、霧、塵埃などの環境要因を透過する能力がはるかに高いため、レーダーは困難な状況下でも極めて高い耐性を発揮します。さらに、レーダーは移動物体の視線速度を直接測定できるため、正確なリアルタイムの速度情報を提供します。
LinpowaveのmmWaveレーダー製品は、最先端のチップレベル設計を採用し、スマートインフラ、自動車、産業用アプリケーションに適した小型、低消費電力、そして経済的なセンシングソリューションを提供します。Linpowave mmWaveレーダー製品の詳細については、こちらをご覧ください。
技術における重要な違い
耐候性対空間解像度
LiDARは、高密度の3Dポイントクラウドを生成できるという点で他に類を見ない技術です。これにより、きめ細かな環境マッピングと複雑な物体認識が可能になります。そのため、LiDARは、物体の配置や形状を把握することが不可欠な場面で特に有用です。
一方、ミリ波レーダーは、視界不良時でも信頼性の高い検知能力を発揮します。速度測定に優れているため、状況認識能力がさらに強化され、電波波長が長いため、照明、埃、天候の影響を受けにくくなります。
範囲と測定精度
理想的な状況下では、LiDARシステムは通常50～500メートルの範囲内で良好に機能します。精度はレーザー出力とセンサーの設計に依存します。信頼性の高い長距離追跡と動作分析は、あらゆる気象条件下で50～300メートルの距離にある物体を検知できるレーダーシステムの能力によって可能になります。
データ処理とコストの考慮
LiDARによって生成される豊富なデータセットは、セグメンテーションと分類のために膨大な処理を必要とし、システムコストと計算要件を増加させます。ミリ波レーダーは、主に距離、角度、速度といったより効率的なデータを生成するため、必要な処理能力が少なく、大規模な導入を合理的なコストで実現できます。
アプリケーションとユースケース
自動運転
LiDARは、高精度な物体認識と複雑な3Dマップの作成をサポートするために、自律システムで頻繁に使用されています。ミリ波レーダーは長距離検知と速度追跡に優れているため、アダプティブクルーズコントロールや衝突回避などの安全機能は、悪天候下でも確実に作動します。堅牢性を向上させるため、多くの最新の認識スタックでは、LiDARとレーダー、カメラを組み合わせたセンサーフュージョンが採用されています。Linpowaveのレーダーモジュールは、これらのフュージョンシステムに組み込むように設計されており、様々な運転状況で信頼性の高いパフォーマンスを提供します。詳しくは、 Linpowaveソリューションをご覧ください。
ロボット工学と無人航空機
LiDARは、ドローンやロボットが複雑な環境を正確に特定し、マッピングすることを可能にします。一方、ミリ波レーダーは、煙、埃、視界不良といった環境下でも信頼性の高い障害物検知を提供するため、屋外や産業用UAVアプリケーションに最適です。
産業オートメーションとスマートインフラ
LiDARは、倉庫の自動化計画や正確な物体測定など、産業分野において有用です。ミリ波レーダーは、過酷な環境下でも優れた性能を発揮し、近接検知や物質レベル検知にも役立ちます。レーダーは、あらゆる気象条件下での継続的な車両追跡と交通監視を可能にすることで、スマートシティにおける高精度な都市地図作成におけるLiDARの機能を補完します。Linpowaveの技術リソースをご覧ください。
LiDARとミリ波レーダーの選び方
アプリケーションは、使用する適切なセンサーを決定します。
正確な物体認識と高解像度の 3D マッピングが重要であり、環境が制御されている場合は、LiDAR を選択してください。
正確な速度測定、あらゆる気象条件での信頼性の高い検出、経済的な導入が必要な場合は、ミリ波レーダーを選択してください。
冗長性、環境適応性、安全性が重視されるパフォーマンスが必要な場合は、センサー融合システムで両方を使用します。
Linpowave は、mmWave レーダーをセンサー フュージョン アーキテクチャやより一般的な認識システムに組み込むための手順を提供します。
結論は
ミリ波レーダーとLiDARはそれぞれ相補的な強みを持ち、現代のセンシングシステムに不可欠な要素です。ミリ波レーダーは、全天候型で信頼性の高い検知と高精度な速度測定を低コストで実現し、LiDARは詳細なマッピングと分類に最適な高精度の3D空間データを提供します。これらの技術を組み合わせることで、現実世界の状況を確実に認識できる堅牢なセンサーシステムが実現します。