Лидар научили видеть сквозь туман

Инженеры разработали метод, позволяющий лидарам различать в сильном тумане предметы, которые невозможно увидеть невооруженным взглядом. Для этого лидар на лету анализирует свойства рассеивающей среды и на основе этих данных вычленяет из общего сигнала его часть, отраженную от предметов, а не частиц тумана. Метод позволяет получать как само изображение, так и карту глубины для него, сообщается в работе, которая будет представлена на конференции ICCP 2018.

Лидар представляет собой прибор, который направленно излучает и на основе времени возвращения отраженного лазерного луча получает данные об объектах. Лидары применяют в разных сферах, в том числе ими пользуются практически все разработчики беспилотных автомобилей. За счет таких приборов автомобиль может в реальном времени составлять трехмерную карту объектов вокруг себя. Тем не менее, у лидаров есть и слабые места. Например, поскольку излучаемый свет проходит через воздух, он рассеивается не только на крупных предметах, но в самом воздухе. Чистый воздух не мешает современным лидарам, но что-то увидеть сквозь плотный и непрозрачный туман все еще сложно.

Исследователи под руководством Рамеша Раскара (Ramesh Raskar) из Массачусетского технологического института разработали метод, позволяющий лидарам разделять сигнал, отраженный от объектов и рассеянный в среде перед ним, даже в очень плотном тумане. Он устроен следующим образом. Источник света излучает импульсы в туманную среду, в которой находятся объекты. Рядом с излучателем располагается камера из массива однофотонных детекторов размером 32 на 32 детектора, которые записывают время получения каждого фотона с временным разрешением 56 пикосекунд. Пиксели в каждом кадре содержат информацию о времени получения первого фотона. На основе этих кадров строится гистограмма, в которой каждый столбец описывает количество зарегистрированных фотонов за кадр. Эти гистограммы описываются гамма-распределением, зависящим от параметров среды. В данном случае они зависят от оптической толщины тумана.

Временное распределение сигнала от объектов, в свою очередь, описывается гауссовским распределением. Исходя из этого исследователи создали модель, которая позволяет разделить сигнал отражения от частиц тумана и сигнал отражения от объектов.

Инженеры экспериментально проверили метод, создав камеру с искусственным генератором тумана. Они показали, что лидар с новым алгоритмом может снимать объекты на расстоянии 57 сантиметров, в то время, как видимость составляет 37 сантиметров. Помимо этого лидар может измерять расстояние до объектов с точностью около пяти сантиметров. Исследователи отмечают, что на данном этапе метод позволяет создавать изображения низкого качества и применим пока что только для статичных объектов, из-за чего не годится для беспилотных автомобилей.

В 2015 году подразделение концерна Airbus Defence and Aerospace разработало камеру, которая может работать в условиях тумана, мороси и марева, выдавая четкую контрастную картинку. Дальность четкого обзора этой камеры составляет до восьми километров.

Григорий Копиев