現(xiàn)有的自動(dòng)駕駛技術(shù)主要通過 LiDAR 和雷達(dá)來檢測(cè)前方道路上遇到的障礙物，但這兩種系統(tǒng)都不善于在霧氣環(huán)境中識(shí)別車輛。不過，現(xiàn)在工程師發(fā)現(xiàn)使用雙雷達(dá)技術(shù)就能很好的完成任務(wù)。
2020 年 11 月 17 日，加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的電氣工程師開發(fā)了一種巧妙的方法來提高現(xiàn)有雷達(dá)傳感器的成像能力，從而可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)場(chǎng)景中物體的形狀和大小。該系統(tǒng)在夜間和有霧條件下進(jìn)行測(cè)試時(shí)都可以正常工作。
LiDAR（光探測(cè)和測(cè)距 / 激光雷達(dá)）傳感器通過發(fā)出激光脈沖來測(cè)量物體的形狀和距離，然后測(cè)量該光從物品反射回來的時(shí)間來判斷障礙物。雷達(dá)單元發(fā)出無線電波，同樣會(huì)被位于其路徑中的物體反射回去。
不幸的是，在霧，灰塵，雨或雪等空中障礙物會(huì)吸收 LiDAR 系統(tǒng)使用的光，從而讓自不可靠。盡管雷達(dá)并未受到不利影響，但它只能生成其檢測(cè)到的部分圖像–這是因?yàn)榧词乖诶硐霔l件下，也只有一小部分發(fā)射的無線電信號(hào)被反射回其傳感器。
“這是一種類似于 LiDAR 的雷達(dá)，”加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布斯工程學(xué)院的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授 Dinesh Bharadia 說。他指出，這是一種在自動(dòng)駕駛汽車上獲得惡劣天氣感知的廉價(jià)方法。“使用我們的技術(shù)也可以將 LiDAR 和雷達(dá)融合在一起，但是雷達(dá)很便宜。這樣，我們就不需要使用昂貴的 LiDAR。”
該系統(tǒng)由放置在引擎蓋上的兩個(gè)雷達(dá)傳感器組成，它們之間的間隔為平均汽車寬度（1.5 米）。以這種方式布置兩個(gè)雷達(dá)傳感器是關(guān)鍵 - 與單個(gè)雷達(dá)傳感器相比，它們使系統(tǒng)能夠看到更多的空間和細(xì)節(jié)。
在白天和黑夜的試車過程中，該系統(tǒng)在確定行進(jìn)中的車輛的尺寸方面與 LiDAR 傳感器一樣出色。在模擬大霧天氣的測(cè)試中，其性能沒有改變。團(tuán)隊(duì)使用噴霧器“隱藏”了另一輛車，他們的系統(tǒng)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了其 3D 幾何形狀，而 LiDAR 傳感器基本上未通過測(cè)試。
1. 兩只眼睛勝過一只
雷達(dá)傳統(tǒng)上受困于成像質(zhì)量差的原因是，當(dāng)無線電波被發(fā)射并從物體上反彈時(shí)，只有一小部分信號(hào)被反射回傳感器。結(jié)果，車輛，行人和其他物體顯得稀疏。
“這是使用單個(gè)雷達(dá)成像的問題。它僅獲得代表場(chǎng)景的幾個(gè)點(diǎn)，因此感知能力很差。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)博士 Kshitiz Bansal 表示：”在環(huán)境中可能還存在其他您看不見的汽車。“ 圣地亞哥大學(xué)的學(xué)生。”因此，如果單個(gè)雷達(dá)導(dǎo)致這種失明，則多雷達(dá)設(shè)置將通過增加被反射的點(diǎn)數(shù)來改善感知。“
研究小組發(fā)現(xiàn)，在汽車引擎蓋上隔開兩個(gè)雷達(dá)傳感器 1.5 米是最佳的布置。班薩爾說：”通過在不同的有利位置擁有兩個(gè)雷達(dá)，使它們具有重疊的視場(chǎng)，我們可以創(chuàng)建一個(gè)高分辨率區(qū)域，并有很高的可能性檢測(cè)到存在的物體。“
2. 兩個(gè)雷達(dá)的故事
該系統(tǒng)克服了雷達(dá)的另一個(gè)問題：噪聲。通常會(huì)看到不屬于任何物體的隨機(jī)點(diǎn)出現(xiàn)在雷達(dá)圖像中。傳感器還可以拾取所謂的回聲信號(hào)，這是無線電波的反射，它不是直接來自被檢測(cè)物體。
巴拉迪亞指出，更多的雷達(dá)意味著更多的噪聲。因此，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新算法，可以將來自兩個(gè)不同雷達(dá)傳感器的信息融合在一起，并生成無噪聲的新圖像。這項(xiàng)工作的另一個(gè)創(chuàng)新之處是，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了第一個(gè)數(shù)據(jù)集，將來自兩個(gè)雷達(dá)的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起。
巴拉迪亞說：”目前還沒有公開的數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)來自視野重疊的多個(gè)雷達(dá)。“ ”我們收集了自己的數(shù)據(jù)，并建立了自己的數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練我們的算法和進(jìn)行測(cè)試。“
該數(shù)據(jù)集由 54,000 個(gè)白天和黑夜實(shí)時(shí)交通狀況以及模擬霧天駕駛場(chǎng)景的雷達(dá)幀組成。未來的工作將包括在雨中收集更多數(shù)據(jù)。為此，團(tuán)隊(duì)首先需要為其硬件構(gòu)建更好的防護(hù)罩。
該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在與豐田合作，將新的雷達(dá)技術(shù)與相機(jī)融合在一起。研究人員說，這有可能取代 LiDAR。”僅雷達(dá)無法告訴我們汽車的顏色，品牌或型號(hào)。這些功能對(duì)于改善自動(dòng)駕駛汽車的感知能力也很重要。“ Bharadia 說。