Обзор: развитие интеграции нескольких датчиков
Слияние нескольких датчиков стало стандартным методом получения надежной экологической осведомленности в современных системах автономного вождения, робототехники и интеллектуальных систем восприятия. Хотя камеры и LiDAR (обнаружение света и определение дальности) превосходно обеспечивают пространственные данные высокого разрешения и семантическое распознавание, в некоторых ситуациях они по-прежнему ограничены. Благодаря своим отличным физическим характеристикам (длина волны 1–10 мм, частота 30–300 ГГц) радар миллиметрового диапазона (миллиметровый радар) обеспечивает эффективную компенсацию, гарантируя стабильное обнаружение даже в ситуациях, когда других датчиков недостаточно.
Системы восприятия могут повысить точность, надежность и безопасность за счет интеграции данных из различных модальностей. В последующих разделах описывается, как радар миллиметрового диапазона повышает производительность системы, работая в тандеме с LiDAR и камерами.
1. Улучшение производительности LiDAR с помощью миллиметрового радара
1.1 Стабильные результаты в неблагоприятную погоду
LiDAR использует лазерные импульсы для создания трехмерных облаков точек высокого разрешения для точного пространственного картирования. Однако лазерные лучи легко рассеиваются или поглощаются дождем, туманом, снегом или пылью, образуя редкие или шумные облака точек. С другой стороны, радиолокационные волны миллиметрового диапазона могут точно измерять расстояние и скорость в условиях плохой видимости, поскольку они могут проходить сквозь пыль, дождь и туман.
Например, радар миллиметрового диапазона может охватывать несколько сотен метров, гарантируя своевременное обнаружение автомобилей или пешеходов, тогда как LiDAR может обнаруживать близлежащие препятствия только в густом тумане.
1.2 Преимущества стоимости и развертывания
Высокопроизводительный LiDAR (например, 64-строчный или более) является дорогостоящим, часто стоит десятки тысяч долларов, а его размер ограничивает гибкость развертывания. Компактный, доступный и хорошо продуманный радар миллиметрового диапазона легко устанавливается на решетку автомобиля, по бокам или в задней части автомобиля и обеспечивает охват на 360 °. Такая адаптируемость делает многосенсорные термоядерные системы доступными.
1.3 Быстрое распознавание динамических объектов
Хотя LiDAR может идентифицировать как статические, так и динамические объекты, объединение нескольких кадров обычно требуется для отслеживания быстро движущихся целей в реальном времени, что увеличивает объем вычислений и задержку. Радар миллиметрового диапазона быстро прогнозирует траектории объекта, используя эффект Доплера для прямого измерения лучевой скорости (с точностью до 0,1 м/с), а также данных о расстоянии и угле. Это особенно важно на автомагистралях, поскольку помогает избежать препятствий или быстро приближающихся транспортных средств.
2. Какую пользу получают системы камер от радара миллиметрового диапазона
2.1 Надежная адаптация к освещению
Хотя камеры очень чувствительны к освещению, они отлично справляются с классификацией объектов и семантическим распознаванием. Контровая подсветка, динамическое освещение (например, входы и выходы из туннелей) и ночное время могут снизить качество изображения и привести к пропущенным или неточным обнаружениям. Радар миллиметрового диапазона обеспечивает надежное обнаружение объектов и данные отслеживания круглосуточно и не зависит от освещения.
Например, радар может обнаруживать пешеходов ночью, сначала обнаруживая цель, а затем направляя камеру для ее подтверждения, что повышает точность при слабом освещении.
2.2 Точное измерение расстояния и глубины
Стереокамеры увеличивают глубину, но требуют дополнительного оборудования, тогда как монокулярные камеры полагаются на алгоритмы оценки глубины, точность которых ограничена. Радар миллиметрового диапазона обеспечивает точность на уровне сантиметра за счет прямого измерения угла и расстояния с использованием времени пролета (TOF). Точные карты глубины и моделирование окружающей среды улучшаются при объединении данных радара и камеры, особенно в сложных ситуациях или на больших расстояниях.
2.3 Обнаружение мелких объектов и окклюзия
Когда объекты частично закрыты (например, автомобилями, листьями или пешеходами) или небольшие удаленные цели (например, велосипеды), камеры могут работать неправильно. В густонаселенных городских условиях лучи радаров могут уменьшить слепые зоны, обнаруживая мелкие объекты и проникая в некоторые неметаллические материалы. Они также могут идентифицировать скрытые цели за препятствиями.
3. Преимущества радара mmWave для интеграции нескольких датчиков
-
Всепогодная надежность: стабильная работа в пыли, снегу, дожде и тумане.
-
Низкая стоимость и масштабируемость: обеспечивает полный охват за счет многоточечного развертывания.
-
Точно отслеживает динамические препятствия, измеряя скорость и расстояние в реальном времени.
-
Дополнительно к другим датчикам: компенсирует световую зависимость камер и чувствительность LiDAR к погодным условиям.
В действительности данные LiDAR, камер и радаров объединяются в единую модель восприятия с использованием объединенных инфраструктур (таких как фильтр Калмана или методы глубокого обучения). LiDAR предоставляет пространственные данные высокого разрешения, камеры предоставляют семантическую информацию, а радар гарантирует избыточное и надежное обнаружение, что повышает безопасность и процесс принятия решений.
4. Перспективы на будущее: 4D-радар миллиметрового диапазона
Роль радара миллиметрового диапазона в мультисенсорном синтезе еще больше усилится с появлением радара с 4D-изображением. Более плотные облака точек и формы объектов создаются 4D-радаром, который обеспечивает большее угловое разрешение и информацию о вертикальных размерах. Это обеспечивает всепогодную надежность и одновременно приближает характеристики радара к LiDAR.
Обобщение
Чтобы компенсировать ограничения LiDAR и камеры в отношении погоды, освещения, оценки глубины и окклюзии, радар миллиметрового диапазона является важной частью мультисенсорных термоядерных систем. Он необходим для современных автономных транспортных средств и интеллектуальной робототехники из-за его высокой точности, надежности и доступности. Радарная технология будет играть еще более важную дополняющую роль в термоядерных системах по мере ее развития, обеспечивая четкое и надежное восприятие.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Можно ли полностью заменить LiDAR радаром миллиметрового диапазона?
О1: Вместо того, чтобы заменять LiDAR, радар миллиметрового диапазона расширяет его. Радар гарантирует надежное обнаружение в сложных условиях, а LiDAR обеспечивает трехмерное картографирование с высоким разрешением.
Вопрос 2. Как радар улучшает работу камер в ночное время?
О2. Радар может обнаруживать объекты ночью, направляя камеру для фокусировки на цели и повышая точность обнаружения при слабом освещении.
Вопрос 3. Могут ли все виды транспортных средств использовать радар миллиметрового диапазона?
О3: он подходит для легковых автомобилей, коммерческих автопарков и робототехники благодаря своему небольшому размеру и доступной цене.
Вопрос 4. Как радар миллиметрового диапазона будет использоваться для мультисенсорного синтеза в будущем?
О4. Более плотные облака точек и более высокое разрешение 4D-радара повысят точность термоядерного синтеза и предоставят автономным системам более полные данные об окружающей среде.