Лідар навчили бачити крізь туман

Інженери розробили метод, що дозволяє лідарам розрізняти в сильному тумані предмети, які неможливо побачити неозброєним поглядом. Для цього лідар на льоту аналізує властивості розсіюючого середовища і на основі цих даних вичленовує із загального сигналу його частину, відображену від предметів, а не частинок туману. Метод дозволяє отримувати як саме зображення, так і карту глибини для нього, повідомляється в роботі, яка буде представлена на конференції ICCP 2018.


Лідар являє собою прилад, який спрямовано випромінює і на основі часу повернення відбитого лазерного променя отримує дані про об'єкти. Лідари застосовують у різних сферах, у тому числі ними користуються практично всі розробники безпілотних автомобілів. За рахунок таких приладів автомобіль може в реальному часі складати тривимірну карту об'єктів навколо себе. Тим не менш, у лідарів є і слабкі місця. Наприклад, оскільки світло, що випромінюється, проходить через повітря, воно розсіюється не тільки на великих предметах, але в самому повітрі. Чисте повітря не заважає сучасним лідарам, але щось побачити крізь щільний і непрозорий туман все ще складно.


Дослідники під керівництвом Рамеша Раскара (Ramesh Raskar) з Массачусетського технологічного інституту розробили метод, що дозволяє лідарам розділяти сигнал, відображений від об'єктів і розсіяний у середовищі перед ним, навіть у дуже щільному тумані. Він влаштований наступним чином. Джерело світла випромінює імпульси в туманне середовище, в якому знаходяться об'єкти. Поруч з випромінювачем розташовується камера з масиву однофотонних детекторів розміром 32 на 32 детектори, які записують час отримання кожного фотона з тимчасовою роздільною здатністю 56 пікосекунд. Пікселі в кожному кадрі містять інформацію про час отримання першого фотона. На основі цих кадрів будується гістограма, в якій кожен стовпчик описує кількість зареєстрованих фотонів за кадр. Ці гістограми описуються гамма-розподілом, залежним від параметрів середовища. В даному випадку вони залежать від оптичної товщини туману.

Тимчасовий розподіл сигналу від об'єктів, у свою чергу, описується гаусівським розподілом. Виходячи з цього дослідники створили модель, яка дозволяє розділити сигнал відображення від частинок туману і сигнал відображення від об'єктів.

Інженери експериментально перевірили метод, створивши камеру зі штучним генератором туману. Вони показали, що лідар з новим алгоритмом може знімати об'єкти на відстані 57 сантиметрів, в той час, як видимість становить 37 сантиметрів. Крім цього лідар може вимірювати відстань до об'єктів з точністю близько п'яти сантиметрів. Дослідники відзначають, що на даному етапі метод дозволяє створювати зображення низької якості і застосуємо поки що тільки для статичних об'єктів, через що не годиться для безпілотних автомобілів.

У 2015 році підрозділ концерну Airbus Defence and Aerospace розробив камеру, яка може працювати в умовах туману, моросі і марева, видаючи чітку контрастну картинку. Дальність чіткого огляду цієї камери становить до восьми кілометрів.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND