Járműipari környezetérzékelés

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Járműipari környezetérzékelés"

Ödön Bodnár
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Járműipari környezetérzékelés 3. előadás Dr. Aradi Szilárd

LIDAR és lézer bevezetés Light Detection and Ranging vagy Laser Imaging, Detection and Ranging: olyan mérőeszköz, amely a fény segítségével mér távolságot (Time of Flight).

Fázisa a sugár minden keresztmetszeténél azonos Egy hullámhosszú komponenst tartalmaz (látható tartományban egyszínű) Koncentrált (összetartott) fénysugár, nagyrészt párhuzamos fénysugarakból áll,

2 LIDAR és lézer bevezetés Light Detection and Ranging vagy Laser Imaging, Detection and Ranging: olyan mérőeszköz, amely a fény segítségével mér távolságot (Time of Flight). Laser: light amplification by stimulated emission of radiation. Egybefüggő fénysugár előállítása indukált (vagy stimulált) emisszióval. Fázisa a sugár minden keresztmetszeténél azonos Egy hullámhosszú komponenst tartalmaz (látható tartományban egyszínű) Koncentrált (összetartott) fénysugár, nagyrészt párhuzamos fénysugarakból áll, nagyon kicsi szóródási szöggel Energiatartalma kis térrészben koncentrálódik Lehet látható fény tartományban és azon kívül is By The original image was uploaded on de.wikipedia as de:bild:thel shoot2.jpg, from US Army Space & Missile Defense Command, Public Domain, By US Missile Defense Agency - Selected ALTB Photos. Airborne Laser Test Bed. MDA. Retrieved on 29 June 2013., Public Domain,

3 LIDAR és lézer története Az indukált emisszió elvét Albert Einstein írta le 1917-ben. MASER: mikrohullámú elektromágnses hullámokat állít elő stimulált emisszióval ban építették az első mézert a Columbia Egyetemen, amellyel 24 GHz-es stimulált sugárzást hoztak létre ban Theodore Maiman építette meg az első lézert, amely egy rubinlézer volt ban mutatták be az első félvezető alapú lézert (lézer dióda) a General Electric kutatóközpontjában ben az Apollo 15 küldetésén lézeres rendszert is használtak a hold felszínének feltérképezésére. Ekkoriban kezdett megjelenni a LIDAR kifejezés. Az 1980-as években (a GPS rendszerrel egyidőben) kezdtek el elterjedni a LIDAR alapú légköri és meteorológiai kutatások, valamint a térképészeti felmérések. Az autóiparban az autonóm járműves kutatásokkal egyidőben kezdtek el alkalmazni LIDAR-okat. Az első nagyobb projekt a 2009-ben kezdődő Google Self-Driving Car.

4 LIDAR alapelvek A fény terjedési sebessége alapján mérjük a távolságot. A fénysugarak egy felületet elérve nagyrészt 180 foknál kisebb szög alatt verődnek vissza, míg egy kis részük közel 180 fokot fordul. Ez utóbbit hívjuk diffúz visszaverődésnek. s = c t 2 t = 2 s c = 2 1m m/s 6,67ns

5 LIDAR egyenlet I r R, λ = I 0 η A 4πR 2 β R, λ exp( 2 න σ r, λ dr) 0 I intenzitás a kibocsájtónál és R távolságban η vevő hatásfoka β visszaverődési együttható σ extinkciós (abszorpciós) együttható R

Ha forgatjuk a mérőeszközt akkor síkban a körülöttünk lévő objektumok

6 LIDAR mérés Egy lézeres távmérővel egy visszaverődés idejét és így a távolságot tudjuk mérni. Ha forgatjuk a mérőeszközt akkor síkban a körülöttünk lévő objektumok távolságát kapjuk meg egy pontfelhőn keresztül. Forgathatjuk a lézerfényt kibocsájtó és fogadó eszközt, vagy egy tükröt a szenzor előtt.

7 2D LIDAR elv és a multi-echo technika

LIDAR felépítés Optikai adó és vevő Impulzus lézer meghajtó áramkör (3-20 ns impulzus) Félvezető lézer Fotodióda Optika (polikarbonát üveg, árnyékoló

lézersugár (vagy változó állásszögű lézerek), vagy forgató mechanizmus szöghelyzetérzékeléssel 3D LIDAR: több lézersugár vagy (változó állásszögű

8 LIDAR felépítés Optikai adó és vevő Impulzus lézer meghajtó áramkör (3-20 ns impulzus) Félvezető lézer Fotodióda Optika (polikarbonát üveg, árnyékoló rács) Jelfeldolgozó egység STC (Sensitivity Time Control) és Main Amplifier: idővel arányos jelerősítés Range detection circuit 2D LIDAR: több lézersugár (vagy változó állásszögű lézerek), vagy forgató mechanizmus szöghelyzetérzékeléssel 3D LIDAR: több lézersugár vagy (változó állásszögű lézerek) és forgató mechanizmus szöghelyzetérzékeléssel Több lézersugárral néhány tíz fokot lehet elérni (pl.: Velodyne) Változó állásszögű lézerek viszont lassúak

9 Autóipari LIDAROK I. Velodyne VLP-16 (Puck Lite) vs. HDL-32 $7999 vs. $ Dual Returns 830g (590g) vs. 1000g 16 vs. 32 csatorna 100m hatótáv 3cm vs. 2cm pontosság vs pont/mp 360 vízszintes látószög ± 15 vs ± 20 függőleges látószög

hatótávolság +50 - -60 vízszintes látószög 3,2 és 6,4 fok

10 Autóipari LIDAROK II. Ibeo LUX szenzorcsalád 3 típus 3D és 1 típus 2D m hatótávolság vízszintes látószög 3,2 és 6,4 fok függőleges látószög 4 vagy 8 csatorna (réteg) 25 vagy 50 Hz mintevétel 10 cm pontosság Max. 65 objektum követése és klasszifikálása Ibeo Reference szenzorrendszer 6 ibeo LUX körben a járművön 1 SICK LMS 500 az út szkennelésére Központi egység Kamera GPS

lehet a lézersugarak irányát változtatni Vízszintesen és függőlegesen is 120 fokos

?? Azóta sem sikerült ezekkel a specifiákciókkal bemutatni Hokuyo, SICK

11 Autóipari LIDAROK III. Quanergy S3 Mozgó alaktrészektől mentes Félvezető alapú megoldással, <1 us alatt lehet a lézersugarak irányát változtatni Vízszintesen és függőlegesen is 120 fokos látószög 150m hatótáv és 5cm pontosság (100mnél) 250 dollár és 2017-es bevezetés??? Azóta sem sikerült ezekkel a specifiákciókkal bemutatni Hokuyo, SICK Professzionális, nagy múltú vállalatok Elsősorban gyártás és logisztika területére fejlesztenek Egyes termékeik ma is alkalmasak autóipari felhasználásra

Környezetérzékelés célja Statikus és dinamikus

típus, egyéb tulajdonságok 0,5-250 m hatótávolság

különböző tulajdonságú objektumok (anyag, szín, forma)

12 Környezetérzékelés célja Statikus és dinamikus objektumok detektálása relatív pozíció relatív sebesség típus, egyéb tulajdonságok 0,5-250 m hatótávolság változó környezet (fényviszonyok, páratartalom, por) különböző tulajdonságú objektumok (anyag, szín, forma) Az objektumok, valamint a környezeti tényezők változatossága óriási kihívás

balesetek döntő részét emberi hiba okozza Az automatikus rendszereknek nagyságrendekkel magasabb biztonsági szintet kell

13 Lehetőségek Csak kamera alapú rendszerek? Az emberi vezetésből kiindulva lehetségesnek tűnik A közúti közlekedés a legveszélyesebb közlekedési forma, ahol a balesetek döntő részét emberi hiba okozza Az automatikus rendszereknek nagyságrendekkel magasabb biztonsági szintet kell elérnie Válasz: szenzorfúzió Minden térrészt egyszerre több szenzor is megfigyel és kiértékel. Redundancia (meleg tartalék) Konfidencia Egymás hátrányos tulajdonságait kiküszöbölhetik és hatótávjaikat kiegészíthetik

14 Kamera Ultrahang Radar Lézerszkenner Infrakamera Szenzortípusok

15 Kamera és képfeldolgozás Az ADAS rendszerek és az önvezető járművek egyik legfontosabb szenzora. Funkciói Sávdetektálás Sávelhagyás figyelmeztetés Sávkövetés Sávváltás Objektumdetektálás és klasszifikálás Adaptív tempomat Ütközéselkerülő- és vészfékrendszerek Jelzőtábla, jelzőlámpa detektálás Figyelmeztető rendszerek Tempomat Energiaoptimalizálás Parkolás Éjszakai funkciók Előnyök Részletes információk a környezetről Objektumok formája, színe jól detektálható Hátrányok Fényviszonyokra, szennyeződésre érzékeny Mono kamerával kevésbé megbízható a távolságmérés (a mélység érzékelése) Jelentős számítási kapacitásokat igényel

16 Kamera tipikus funkciói

17 Radar Az ADAS rendszerek és az önvezető járművek másik legfontosabb szenzora. Kamerával együtt alkalmazva egymást erősíthetik. Funkciói Objektumdetektálás és klasszifikálás Adaptív tempomat Ütközéselkerülő- és vészfékrendszerek Előnyök Fényviszonyoktól függetlenül megbízható, időjárási körülményektől csak kismértékben függ Biztonságkritikus funkciókhoz is használható Kisméretű és relatíve olcsó Hátrányok Objektumok klasszifikálásra kevésbé alkalmas (kicsi felbontás) Visszaverődések zavarásokat okoznak Radarhullámot visszaverő műtárgyakat ki kell szűrni Forrás: Mathworks, Inc.

18 Objektumkövetés példa

19 Ultrahang Elsősorban kényelmi funkciókat lát el. A legújabb generációjú rendszerek már képesek biztonságkritikus funkciók ellátására is. Funkciói Automata parkolási rendszerek Parkolóhely keresés Parkolás, kiállás Holttér figyelés Alacsony sebességű adaptív tempomat Közlekedési torlódás asszisztens Előnyök Nagyon olcsó Megfelelő kialakítás esetén (szennyeződések kompenzálása, moduláció) biztonsági funkciókat is elláthat Hátrányok Kis hatótáv Poros környezetben tovább csökken a hatótáv Pontos objektum lokalizációra alapesetben nem alkalmas

20 Ultrahang szenzor alkalmazási példa

21 LIDAR Lézerszkenner, amellyel pontos 3D-dimenziós pontfelhő állítható elő a környezetről. Funkciói Referenciamérés teszteléshez Objektumdetektálás és klasszifikálás Sávdetektálás Útállapot mérés Előnyök Pontos, nagyfelbontású 3D mérés Környezeti hatásokra nem érzékeny Hátrányok Drága Sötét, fényelnyelő felületet problémát okozhat

22 LIDAR objektum detektálás példa 1 db Velodyne és 5 db SICK lidar integrációja

23 Széria megoldások Forrás: Texas Instruments Inc.

2D lézerszkennerek helyett 360 fokos 3D LIDAR-ok jönnek Még

24 Minden szenzortípus 360 fokos lefedettséget fog adni Különböző hatótávú radarok (már jelen vannak) Különböző látószögű kamerák A 2D lézerszkennerek helyett 360 fokos 3D LIDAR-ok jönnek Még mindig drágák (több ezer USD) 100 USD-ra kéne leszorítani az árakat Trendek

25 Példa: Audi A8 2018

26 Google Waymo

27 Waymo bemutató

Hasonló dokumentumok

Érzékelők az autonóm járművekben

Érzékelők az autonóm járművekben Gáspár Péter Szirányi Tamás 1 Érzékelők Tartalom Motivációs háttér Környezetérzékelés célja Autóipari érzékelők Széria megoldások és ipari trendek 2 Motiváció: A járműipar