Состояние передового машинного зрения? Приближаемся к Terminator Vision
К выставке CES 2022 к конференц-центру Лас-Вегаса был добавлен огромный новый Вест-холл, чтобы разместить все автомобильные технологии, и казалось, что почти на каждом стенде есть что рассказать об автономии и/или электрификации. Машинное зрение и сенсорика — это ключи к раскрытию потенциала автономии и, в конечном итоге, к избавлению наших дорог от более чем 90 процентов столкновений транспортных средств, связанных с человеческими ошибками, и к тому, чтобы наши товары перемещались с дефицитом водителей грузовиков.
Вот несколько передовых технологий, которые мы заметили — с использованием человеческого зрения — на фронтах машинного зрения и сенсорики.
Световые Датчики Расстояния И Дальности (LiDAR)
SiLC LiDAR с частотной модуляцией непрерывного излучения
Около 39 компаний, занимающихся машинным зрением, представили решения LiDAR на выставке CES 2022, но больше всего нас впечатлило решение SiLC с частотно-модулированной непрерывной волной. Вот как работает FMCW LiDAR: вместо определения расстояния путем измерения времени, которое требуется импульсам лазерного света, чтобы добраться до объекта и вернуться обратно (время пролета), эти лазеры непрерывно изменяют частоту (цвет) своего света. . Затем они разделили этот колеблющийся цветной лазерный луч на две части, направляя один луч прямо на светоприемник, а другой проецировали в окружающую среду. Но прежде чем этот луч выйдет, он проходит через спиральный или гоночный «волновод», который имеет длину около 2 метров, но в наномасштабе все это умещается на кремниевом чипе размером с ноготь. Эти 2 лишних метра поставили ту балку’
- Преимущества: Непрерывное освещение значительно увеличивает дальность (500 метров против 200-300 для большинства других) и снижает потребляемую мощность (200 мВт против 120-1000 Вт для других), напрямую измеряет скорость, а также дальность, дает более четкое изображение, покрывает большую площадь. разумное поле зрения (четыре блока на фарах могут перекрывать переднее поле зрения).
- Недостатки: Лазеры на фосфате индия стоят дороже, чем лазеры типа VCSEL, но практическое ценообразование в автомобилестроении ожидается в зависимости от масштаба, технология находится ниже на кривой разработки (вероятно, через пять лет).
Люминар Ирис и Гидра
Luminar имеет самую зрелую технологию, начиная с третьего поколения производства. Он использует импульсный времяпролетный метод измерения дальности, посылая импульсы света с длиной волны 1550 нанометров для сканирования окружающей среды, при этом лазерный луч направляется зеркалами микроэлектромеханических систем (МЭМС) (что означает, что технически он не твердотельный). . Он может обнаруживать предметы на расстоянии 500 метров, но более значимым показателем дальности является то, как далеко он может идентифицировать предметы, которые имеют отражательную способность всего 10 процентов (например, шину на дороге), и это число все еще составляет впечатляющие 250 метров.
Низкопрофильный датчик Iris от Luminar появился на выставке CES 2022 поверх Volvo Concept Recharge, и ожидается, что он будет использоваться в системах ADAS от Volvo, Polestar и Geely, среди прочих. Продукция Luminar Hydra была представлена на полуприцепе. Luminar анонсировала комплект ADAS только для LiDAR, производство которого еще не объявлено (Volvo объединит LiDAR от Luminar с камерами и радаром.
- Преимущества: свет с длиной волны 1550 нм более безопасен для глаз, что позволяет увеличить уровень мощности (а значит, и дальность), светоделение и микрозеркальное сканирование обеспечивают поле зрения до 120 градусов.
- Недостатки: Полупроводниковый материал из арсенида индия-галлия, используемый в лазере, дороже производить в герметичной среде (хотя его требуется очень мало), а вода рассеивает свет с длиной волны 1550 нм больше, чем свет с длиной волны 905 нм, что снижает эффективность лазера. ненастная погода.
Опсис
Opsys, похоже, лидирует в гонке машинного зрения в классе твердотельных LiDAR с подходом микровспышек, который устанавливает две отдельные матрицы, состоящие из сотен крошечных вертикально-излучающих лазеров (VCSEL), расположенных по бокам от одного коллектора. Вспыхивая каждым из этих крошечных лазеров, система сканирует сцену без движущихся частей. А благодаря использованию двух разных частот света на двух чипах (905 и 940 нм) Opsys устраняет возможность перекрестных помех, что помогает расширить поле зрения. Это также позволяет системе очень быстро сканировать окружающую среду (1000 кадров в секунду, тогда как ADAS требует только 30 кадров в секунду) с очень высоким разрешением и достаточно низкой мощностью, чтобы обеспечить безопасность для глаз лазерного излучения с более короткой длиной волны при уровнях мощности, достаточных для достижения 300 метров. , хотя расстояние, на котором это’
Сверхвысокая частота кадров означает, что при обнаружении объекта чип может задать более высокое разрешение в этой области, продолжая при этом сканировать остальную часть сцены с требуемой скоростью 30 кадров в секунду. Автономное грузовое приложение четвертого уровня готовится к выпуску в 2024 году, а Opsys LiDAR будет включен в фары, производимые корейским поставщиком SL для неуказанных автопроизводителей по вероятной цене в диапазоне 200 долларов за единицу в масштабе.
- Преимущества: Лазеры VCSEL на арсениде галлия чрезвычайно доступны по цене, как и массивы детекторов на основе кремния, лазерный свет с более короткой длиной волны меньше поглощается водой, поэтому он лучше работает в плохую погоду.
- Недостатки: Не много.
Радарное Зондирование
Лунвейв
Типичные радиолокационные блоки, которые обычно используются в современных адаптивных системах круиз-контроля, используют плоскую радарную антенну, но Lunewave предлагает распространять и принимать свои волны через линзу Люнебурга, наподобие тех, которые военные прикрепляют к истребителям-невидимкам во время тренировок, чтобы сделать их временно видимыми на дружественном радаре. экраны. Думайте об этом как о линзах «рыбий глаз» для радиолокационных волн. Версии истребителя могут быть размером с баскетбольный мяч и стоить от 10 000 до 20 000 долларов каждая, но для автомобильной промышленности Lunewave уменьшила концепцию до размера мячика для пинг-понга и предлагает производить его сложную форму с 6500 гранями из акрила на 3D-принтере.
Планарные линзы страдают от «туннельного зрения», обеспечивая четкость более 10 градусов прямо перед собой, которая ухудшается дальше в любом направлении. Линза Люнебурга помогает направлять радиоволны таким образом, чтобы создавать более четкое изображение в более широком поле зрения (до пяти раз лучше, чем у традиционных радаров) на расстоянии до 350 метров. Этот более широкий и четкий обзор означает, что от двух до четырех блоков Lunewave могут заменить 16-20 блоков плоской антенны, необходимых для обеспечения 360-градусного покрытия, необходимого для полной автономности. Аппаратное обеспечение для передачи и приема радиолокационных волн в основном одинаковое, поэтому дополнительные затраты минимальны. Массовое производство ожидается в 2023 году. Преимущества: Улучшенная четкость в широком поле зрения означает, что требуется меньшее количество единиц. Недостатки: блок не может быть установлен идеально заподлицо с кузовом,
Камеры
Тепловизионная камера Adasky Viper
Камера Adasky, представленная на выставке CES 2022, обещает видеть в любую погоду и пассивно записывает тепловую сигнатуру объектов в окружающей среде, в отличие от некоторых решений, которые освещают область впереди инфракрасным светом и ищут отражение. Это решение «видит» ночью намного лучше, чем камеры видимого света, которые зависят от освещения фарами. Все живое, очевидно, выделяется довольно ярко, но, как правило, разница температур достаточна, чтобы различить нарисованные разделительные полосы, а это означает, что вид впереди обычно выглядит как черно-белое, иногда негативное изображение того, что видят ваши глаза.
Adasky может обнаруживать и идентифицировать пешеходов и животных на расстоянии 250 метров — днем или ночью — в отличие от 65-120 метров с фарами (от ближнего до дальнего света) — и только если они стоят на свету. По мере того, как системы лобового столкновения становятся обязательными, правительство, вероятно, введет стандарты производительности, которые ни одна нынешняя система камер с видимым светом не может обеспечить ночью или при взгляде прямо на солнечный свет, поэтому Адаски полагает, что спрос вскоре резко возрастет. Стоимость оценивается в 100 долларов за единицу в масштабе, и есть контракт на производство в 2024 году с североамериканским OEM-производителем.
- Преимущества: «Видит» сквозь туман, потребляет менее 1 Вт мощности (по сравнению с 5-25 Вт у LiDAR).
- Недостатки: Не может создавать как видимое, так и инфракрасное изображение, поэтому, вероятно, по-прежнему нужны и видимые, и тепловизионные камеры.
Внутрикамерное зеркало Gentex и структурированный световой контроль кабины
Эта новая система мониторинга салона включает в себя типичную камеру, которая устанавливается внутри зеркала заднего вида, которая также достаточно интеллектуальна, чтобы определять состояние глаз, использование ручного мобильного телефона, прием пищи, курение и т. д., что помогает оценить и оценить уровень рассеянности водителя.
Камера может быть дополнена сканирующим лазерным чипом с коллинеарным светом, установленным в потолочной консоли. Подобно устройству Opsys LiDAR выше, он проецирует точки света по всей кабине, измеряя отраженный возвращающийся свет. Эти точки отраженного света могут обнаруживать микровибрации, указывающие на признаки жизни. Он может даже определять частоту сердечных сокращений или дыхания, проникающих в автомобильное кресло, обращенное назад, со спящим ребенком. Эта информация используется для предупреждения водителя — с помощью звуковых сигналов или сообщений, отправляемых на телефон, — о том, что в машине остался человек или домашнее животное. Этот продукт дебютировал на выставке CES 2022, поэтому о планах производства пока не сообщается.
Очистка Датчика
Актасис АктаДжет
Сквозь грязь и сажу машинное зрение невозможно, поэтому эта умная штуковина на воздушной основе очищает датчик с помощью небольших струй воздуха, генерируемых локально, подобно тому, как работают мехи камина. Круглая плоская камера, размер которой соответствует области, требующей очистки, быстро вдыхает и выдыхает в ответ на пьезоэлектрические шайбы (та же технология, которая приводит в действие многие топливные форсунки прямого действия). Конструкция отверстия имеет тенденцию всасывать воздух с боков отверстия и выдувать его через центр. Результатом этого является ускорение выходящего воздуха и повышение его эффективного давления.
Другие системы очистки сжатого воздуха требуют удаленного компрессора и напорных линий, которые являются дорогостоящими и уязвимыми. ActaJet требуется только 12 вольт и сигнальная линия, чтобы заказать очистку. Говоря об этом, очистка может быть запланирована через определенные промежутки времени, возможно, по данным других бортовых систем, контролирующих такие условия, как пыль и дождь, или по самому датчику, когда он обнаруживает препятствие. ActaJet можно использовать в паре с системой жидкостной промывки, которая увеличивает скорость распыления для очистки от более жестких препятствий, таких как грязь и насекомые. Этот стартап привлекает автопроизводителей и поставщиков первого уровня, а также Volvo Cars Tech Fund и NextGear Ventures, которые недавно инвестировали в Actasys в рамках раунда начального финансирования на сумму 5 миллионов долларов.
- Преимущества: Компактный, легко адаптируемый монтаж непосредственно на датчике или очень близко к нему, меньшая потребляемая мощность по сравнению с распределенным сжатым воздухом.
- Недостатки: у команды все еще есть некоторые проблемы с шумом/вибрацией, которые нужно решить на пути к производству.
Ультразвуковая очистка датчика TTP
TTP, независимая технологическая компания из Великобритании, предложила разместить слой стекла или прозрачного полимера перед датчиком и вибрировать его с ультразвуковой скоростью, которая либо разрушает слабые связи, удерживающие пыль и грязь на стекле, либо или заставляя твердые частицы отскакивать, а не прилипать, или распыляя жидкости и выбрасывая их. Аналогичные идеи используются для удаления пыли с внутренних компонентов камер высокого класса. Считается, что необходимая мощность будет сродни той, которая приводит в действие дверной звонок или датчик парковки.