La prima soluzione completa con sensore a fusione consente la guida assistita in qualsiasi condizione meteo
La maggior parte degli attuali sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS, Advanced Driver-Assistance Systems) sono stati sviluppati per condizioni di guida «normali» o medie, quali quelle alla luce del giorno e con il bel tempo. In condizioni più difficili, di notte o in condizioni di nebbia, pioggia o neve, questi sistemi potrebbero fallire. In risposta a questi problemi, il progetto DENSE, supportato dall’UE, ha combinato tre sensori specializzati: una telecamera a tempo di volo, un lidar con infrarossi a onde corte (SWIR, Short-Wave Infrared) e un radar MIMO (Multiple-Input Multiple-Output, a entrate multiple e uscite multiple) ad alta definizione. Questi sono stati integrati con un’unità di elaborazione basata su reti neurali profonde. «Il nostro approccio migliora significativamente i sistemi di assistenza alla guida, facendo un passo importante verso la loro idoneità 24 ore su 24, 7 giorni su 7, e per tutte le condizioni atmosferiche», afferma il coordinatore del progetto Werner Ritter di Mercedes-Benz, che ha ospitato il progetto. «Attualmente tale percezione ambientale è possibile globalmente solo con il nostro metodo!»
La suite di sensori e l’unità di elaborazione
L’architettura di DENSE, che implica una telecamera, un lidar e un radar, insieme all’unità di elaborazione, è stata progettata dopo uno studio con i fornitori di sensori e di componenti. Contrariamente alle telecamere passive standard, la telecamera a tempo di volo di DENSE è attiva, sincronizzando la sua apertura con l’illuminazione laser per registrare aree definite di profondità vicina, media e distante. L’apertura della telecamera rimane chiusa per le aree al di fuori dei limiti per evitare eventuali interferenze visive. In questo modo le immagini risultano più chiare. Un’immagine di tutte le gamme di profondità viene generata sovrapponendo le singole immagini di profondità. Le telecamere a tempo di volo forniscono anche informazioni precise sulla distanza per ciascun pixel con un’accuratezza del 5 % (ovvero una precisione di 5 metri a una distanza di 100 metri). «Con la combinazione delle immagini delle nostre telecamere a tempo di volo e delle mappe di profondità, al ritmo di 60 al secondo, è possibile rilevare piccoli ostacoli a grandi distanze in modo affidabile anche in condizioni di scarsa visibilità. Per quanto ne sappiamo, finora non è stato possibile con nessun altro sistema!» spiega Ritter. Il lidar standard funziona nella lunghezza d’onda del vicino infrarosso (NIR, Near-InfraRed) che non è considerata sicura per gli occhi. Gli ADAS attuali hanno già raggiunto i limiti di risoluzione e distanza del lidar. Per contro, i lidar SWIR funzionano in intervalli sicuri per gli occhi, aumentando la luminanza di un raggio (in sistemi più semplici) di un fattore almeno di 1 000. Infine, la risoluzione dei sistemi radar attualmente in uso non può distinguere con facilità tra oggetti o sfondi fissi. Tuttavia, la tecnica MIMO di DENSE combina il radar con altri sensori, aumentando l’affidabilità e l’accuratezza della classificazione. Un prototipo che incorpora tutti e tre i sensori è stato costruito e testato nella camera meteorologica di 30 metri del partner di progetto CEREMA (sito Web in francese) in Francia, in cui sono state simulate le condizioni di nebbia e pioggia. «Il nostro sistema ha dimostrato un miglioramento significativo per la percezione ambientale dei sistemi di assistenza alla guida, soprattutto in caso di maltempo, rispetto ai sistemi convenzionali», osserva Ritter. Le prestazioni del sensore sono state anche migliorate dall’unità di elaborazione, basata su reti neurali profonde, addestrata utilizzando algoritmi per il maltempo. La messa a punto e i test hanno utilizzato i dati ottenuti dalla camera meteorologica di CEREMA o da unità più lunghe nel nord Europa.
Dalla guida assistita ai veicoli autonomi
L’innovazione del progetto DENSE contribuisce alla guida assistita che cerca di evitare incidenti costosi e salvare vite umane. Aiuta anche a spianare la strada a veicoli autonomi in cui la disponibilità e l’affidabilità in qualsiasi condizione atmosferica 24 ore su 24, 7 giorni su 7, sono essenziali, a beneficio, tra gli altri, degli anziani e dei disabili. Prima della produzione industriale, i miglioramenti necessari a DENSE includeranno: accesso a più dati di simulazione del maltempo; migliore riconoscimento e adattamento automatico delle condizioni atmosferiche (utilizzando l’IA); e maggiori prestazioni dell’hardware dei sensori. «I sensori correnti potrebbero già essere sostituiti con i nostri, migliorando così la percezione ambientale degli ADAS, ma ciò richiede innanzitutto sviluppi hardware da parte dei fornitori. Le nostre reti neurali possono essere introdotte direttamente nelle architetture esistenti, migliorando i sensori esistenti, ma i cambiamenti di produzione richiedono in genere almeno 3 anni», afferma Ritter.
Parole chiave
DENSE, sistemi avanzati di assistenza alla guida, veicoli autonomi, maltempo, lidar, radar, telecamere a tempo di volo, SWIR, MIMO, sensori, reti neurali
