Com funcionen els "ulls" lidar?
Abans de parlar de per què la pols afecta l'efecte de reconeixement del lidar, primer hem d'aclarir com funciona el lidar.
LiDAR (LiDAR, nom complet Light Detection and Ranging) és un sensor actiu que emet un raig làser per si mateix i el raig làser es reflecteix després de colpejar els objectes circumdants. Mitjançant la mesura del temps que triga cada pols làser a tornar de l'emissió, es poden calcular la distància i la direcció de l'objecte objectiu, construint així un núvol de punts tridimensional de l'entorn circumdant.
Aquest disseny pot obtenir informació ambiental molt precisa en condicions ideals, però es veurà molt afectat si es troba amb objectes com gotes de pluja, fum, pols, etc. Aquests obstacles afectaran el raig làser, afectant així la qualitat del senyal retornat.
Com interfereix la pols amb els senyals làser?
Quan els humans condueixen cotxes, si hi ha pols al medi ambient, en realitat té poc impacte. Però per al lidar, la pols és en realitat una font d'interferències molt problemàtica.
Quan el raig làser troba partícules de pols a l'aire, es produeix la dispersió i la llum que hauria de viatjar originalment en línia recta és desviada per les partícules de pols. Aquesta dispersió farà que el senyal de retorn sigui més feble i borrós, i una mica de llum potser ni tan sols torni a l'extrem receptor. Com més pols hi hagi, més greu serà la dispersió del punt de llum i més feble serà el senyal efectiu detectat. Finalment, això es manifestarà com un augment del soroll a les dades del núvol de punts, contorns d'objectes poc clars i fins i tot un judici errònia per part del sistema que no hi ha cap obstacle.
A més de desviar la llum, la pols també fa que el feix perdi energia durant la propagació, fent que la força del senyal rebuda pel receptor del radar disminueixi. Una vegada que la força del senyal baixa al voltant del nivell de soroll del sensor, es fa difícil distingir amb precisió entre reflexos reals i soroll de fons, cosa que afecta directament la precisió de l'abast i la capacitat d'identificar objectes llunyans.
La pols també pot provocar la contaminació de les finestres de visualització LiDAR. Els feixos de transmissió i recepció LiDAR han de passar per un vidre o finestra protector transparent. Si hi ha pols adherida a la superfície d'aquesta finestra i s'acumula gradualment i es fa més gruixuda amb el temps, el làser produirà una reflexió difusa i una absorció en passar per aquesta capa de contaminació, i el senyal del feix que surt i torna es debilitarà o fins i tot canviarà la seva direcció. Aquest tipus d'oclusió física té un gran impacte en la qualitat general del núvol de punts. La mesura de la distància no només serà inexacta, sinó que també pot fer que el sistema cregui erròniament que hi ha un obstacle per davant o que no vegi l'objecte real.
Com reduir l'impacte de la pols sobre el lidar
De fet, s'han proposat i aplicat moltes contramesures a la interferència de la pols.
Una idea és reduir l'adhesió de la pols a la finestra del maquinari. En el disseny del material i el recobriment de la carcassa del radar, es poden utilitzar materials amb una gran transmissió de la llum i una forta capacitat anti-incrustació per reduir l'acumulació de pols a la coberta protectora, garantint així que el làser estigui el menys bloquejat possible. Per exemple, en alguns escenaris d'aplicació, s'utilitzen cobertes protectores amb recobriments nano-antifouling a la superfície per evitar que la pols s'adhereixi i allargar el cicle de neteja de l'equip.
A nivell de programari, la indústria també ha desenvolupat algorismes de reconeixement i filtratge dirigits. Aquests algorismes combinaran la intensitat i la distància de l'eco làser i la distribució dels punts al voltant del núvol de punts per determinar quins punts tenen més probabilitats de ser soroll causat per la dispersió de pols i, a continuació, els eliminaran de les dades del núvol de punts. Aquest "algorisme d'eliminació de pols" pot restaurar la informació del núvol de punts de l'entorn real fins a cert punt i reduir l'impacte dels falsos obstacles.
Un altre mètode és la fusió de sensors, que consisteix a combinar lidar amb altres tipus de sensors. Per exemple, les càmeres poden proporcionar informació d'imatge per ajudar a distingir la pols dels objectius reals. El radar d'ones-mil·limètriques té millors capacitats de penetració per a la pluja, la boira i la pols. Combinar-los pot formar un sistema de percepció més robust, que és molt més fiable que un sol lidar en entorns complexos.
En alguns escenaris extrems especials, s'afegiran mesures de neteja actives, com ara la instal·lació de dispositius de bufat d'aire, raspalls o altres mòduls de neteja mecànica a l'exterior del lidar per netejar regularment la pols de la superfície de la finestra. No obstant això, aquest tipus de solucions té un cost i requisits de manteniment més elevats i s'utilitza principalment en entorns industrials o de robots especials.
En conclusió,
la pols afecta LiDAR de moltes maneres. No només interromp el camí de propagació del làser, sinó que també redueix la força del senyal, contamina la finestra del sensor i, en última instància, condueix a un augment del soroll a les dades del núvol de punts, una reducció de la precisió del reconeixement, un rang de detecció reduït i fins i tot un judici errònia dels obstacles. Per a aplicacions-crítiques de seguretat, com ara la conducció autònoma, aquests impactes no es poden ignorar.
