Bagaimanakah "mata" lidar berfungsi?
Sebelum bercakap tentang mengapa habuk menjejaskan kesan pengecaman lidar, kita perlu terlebih dahulu menjelaskan cara lidar berfungsi.
LiDAR (LiDAR, nama penuh Light Detection and Ranging) ialah penderia aktif yang memancarkan pancaran laser dengan sendirinya, dan pancaran laser memantul kembali selepas terkena objek sekeliling. Dengan mengukur masa yang diperlukan untuk setiap nadi laser kembali daripada pancaran, jarak dan arah objek sasaran boleh dikira, dengan itu membina awan titik tiga-dimensi persekitaran sekeliling.
Reka bentuk ini boleh mendapatkan maklumat persekitaran yang sangat tepat di bawah keadaan yang ideal, tetapi ia akan sangat terjejas jika ia menghadapi objek seperti titisan hujan, asap, habuk, dll. Halangan ini akan menjejaskan pancaran laser, sekali gus menjejaskan kualiti isyarat yang dikembalikan.
Bagaimanakah habuk mengganggu isyarat laser?
Apabila manusia memandu kereta, jika terdapat habuk di persekitaran, ia sebenarnya tidak memberi kesan. Tetapi untuk lidar, habuk sebenarnya merupakan sumber gangguan yang sangat menyusahkan.
Apabila pancaran laser bertemu dengan zarah habuk di udara, serakan berlaku, dan cahaya yang sepatutnya bergerak pada asalnya dalam garis lurus terpesong oleh zarah debu. Penyerakan sedemikian akan menjadikan isyarat pemulangan lebih lemah dan lebih kabur, dan sesetengah cahaya mungkin tidak kembali ke hujung penerima. Semakin banyak habuk, semakin serius penyebaran titik cahaya, dan semakin lemah isyarat berkesan yang dikesan. Ini akhirnya akan menunjukkan dirinya sebagai peningkatan bunyi dalam data awan titik, garis besar objek yang tidak jelas, dan juga salah sangka oleh sistem bahawa tiada halangan.
Selain memesongkan cahaya, habuk juga menyebabkan pancaran kehilangan tenaga semasa perambatan, menyebabkan kekuatan isyarat yang diterima oleh penerima radar berkurangan. Sebaik sahaja kekuatan isyarat menurun kepada sekitar paras hingar sensor, menjadi sukar untuk membezakan dengan tepat antara pantulan sebenar dan hingar latar, yang secara langsung mempengaruhi ketepatan julat dan keupayaan untuk mengenal pasti objek jauh.
Debu juga boleh menyebabkan pencemaran tingkap tontonan LiDAR. Pancaran pemancar dan penerimaan LiDAR perlu melalui kaca atau tingkap pelindung lutsinar. Sekiranya terdapat habuk yang melekat pada permukaan tingkap ini, dan ia secara beransur-ansur terkumpul dan menjadi lebih tebal dari masa ke masa, laser akan menghasilkan pantulan dan penyerapan yang meresap apabila melalui lapisan pencemaran ini, dan isyarat rasuk yang keluar dan kembali akan menjadi lemah atau bahkan mengubah arahnya. Oklusi fizikal jenis ini mempunyai kesan yang besar terhadap kualiti keseluruhan awan titik. Pengukuran jarak bukan sahaja tidak tepat, tetapi ia juga boleh membuatkan sistem tersalah percaya bahawa terdapat halangan di hadapan atau tidak melihat objek sebenar langsung.
Bagaimana untuk mengurangkan kesan habuk pada lidar
Malah, banyak langkah balas telah dicadangkan dan digunakan untuk gangguan habuk.
Satu idea adalah untuk mengurangkan lekatan habuk ke tingkap dari perkakasan. Dalam reka bentuk bahan cangkerang dan salutan radar, bahan dengan ketransmisian cahaya yang tinggi dan keupayaan anti-kotoran yang kuat boleh digunakan untuk mengurangkan pengumpulan habuk pada penutup pelindung, dengan itu memastikan laser disekat sesedikit mungkin. Contohnya, dalam sesetengah senario aplikasi, penutup pelindung dengan salutan antikotoran nano-pada permukaan digunakan untuk mengelakkan habuk daripada melekat dan memanjangkan kitaran pembersihan peralatan.
Di peringkat perisian, industri juga telah membangunkan algoritma penapisan dan pengecaman yang disasarkan. Algoritma ini akan menggabungkan keamatan dan jarak gema laser dan pengedaran titik di sekeliling awan titik untuk menentukan titik mana yang lebih berkemungkinan menjadi bunyi yang disebabkan oleh penyerakan habuk, dan kemudian mengeluarkannya daripada data awan titik. "Algoritma penyingkiran habuk" sedemikian boleh memulihkan maklumat awan titik persekitaran sebenar pada tahap tertentu dan mengurangkan kesan halangan palsu.
Kaedah lain ialah gabungan sensor, iaitu menggabungkan lidar dengan jenis sensor lain. Contohnya, kamera boleh memberikan maklumat imej untuk membantu membezakan habuk daripada sasaran sebenar. Milimeter-radar gelombang mempunyai keupayaan penembusan yang lebih baik untuk hujan, kabus dan habuk. Menggabungkan mereka boleh membentuk sistem persepsi yang lebih mantap, yang jauh lebih dipercayai daripada lidar tunggal dalam persekitaran yang kompleks.
Dalam sesetengah senario ekstrem khas, langkah pembersihan aktif akan ditambah, seperti memasang peranti peniup udara, berus atau modul pembersihan mekanikal lain di bahagian luar lidar untuk membersihkan habuk pada permukaan tingkap dengan kerap. Walau bagaimanapun, penyelesaian jenis ini mempunyai keperluan kos dan penyelenggaraan yang lebih tinggi dan digunakan terutamanya dalam persekitaran industri atau robot khas.
Kesimpulannya,
habuk menjejaskan LiDAR dalam banyak cara. Ia bukan sahaja mengganggu laluan perambatan laser tetapi juga mengurangkan kekuatan isyarat, mencemarkan tetingkap penderia, dan akhirnya membawa kepada peningkatan hingar dalam data awan titik, penurunan ketepatan pengecaman, julat pengesanan yang dipendekkan, dan juga salah menilai halangan. Untuk aplikasi kritikal-selamat seperti pemanduan autonomi, kesan ini tidak boleh diabaikan.
