Pierwsze rozwiązanie w pełni łączące różne czujniki umożliwia wspomagane prowadzenie pojazdów w każdych warunkach pogodowych
Większość obecnie dostępnych zaawansowanych systemów wspomagania kierowcy (ang. advanced driver assistance system, ADAS) opracowano z myślą o „zwyczajnych” lub przeciętnych warunkach jazdy, np. w ciągu dnia i przy dobrej pogodzie. W trudniejszych warunkach – w nocy lub podczas mgły, deszczu czy śniegu – systemy te mogą okazać się zawodne. W odpowiedzi na ten problem w ramach wspieranego przez UE projektu DENSE połączono trzy specjalistyczne czujniki: kamerę bramkową, lidar podczerwieni krótkofalowej (SWIR) oraz wysokiej rozdzielczości radar wieloantenowy (MIMO). Uzupełniono je o jednostkę przetwarzającą opartą na głębokich sieciach neuronowych. „Nasze podejście znacznie udoskonala systemy wspomagania kierowcy. Jest ono znaczącym krokiem naprzód w drodze do możliwości korzystania z nich we wszystkich warunkach pogodowych i przez całą dobę”, mówi koordynator projektu Werner Ritter z firmy Mercedes-Benz będącej gospodarzem projektu. „Obecnie nasza metoda jest jedyną na świecie, która oferuje percepcję otoczenia na takim poziomie!”.
Zestaw czujników i jednostka przetwarzająca
Architektura systemu DENSE, obejmująca kamerę, lidar i radar, wraz z jednostką przetwarzającą, została zaprojektowana po badaniu przeprowadzonym wspólnie z dostawcami czujników i podzespołów. W przeciwieństwie do standardowych kamer pasywnych kamera bramkowa systemu DENSE jest urządzeniem aktywnym, synchronizującym swoją przysłonę z wiązką laserową w celu rejestrowania określonych obszarów o bliskiej, średniej i odległej głębi. Względem obszarów poza zasięgiem przesłona kamery pozostaje zamknięta, aby uniknąć zakłóceń wizualnych. Umożliwia to uzyskiwanie wyraźniejszych obrazów. Obraz o wszystkich zakresach głębi jest generowany poprzez nałożenie na siebie obrazów o poszczególnych poziomach głębi. Ponadto kamery bramkowe dostarczają dla każdego piksela dokładnych informacji na temat odległości, z dokładnością 5 % (tj. z dokładnością 5 metrów przy odległości 100 metrów). „Dzięki połączeniu obrazu z naszych kamer bramkowych i map głębokości, o częstotliwości 60 zdjęć na sekundę, nawet przy słabej widoczności możliwe jest niezawodne wykrywanie nawet małych przeszkód z dużych odległości. Według naszej wiedzy żaden inny system nie dawał do tej pory takich możliwości”, wyjaśnia Ritter. Standardowy lidar wykorzystuje długość fal bliskiej podczerwieni, która nie jest uważana za bezpieczną dla oczu. Obecne systemy ADAS osiągnęły już rozdzielczość i limity odległości lidarów. Z kolei lidary wykorzystujące podczerwień krótkofalową pracują w bezpiecznych dla oczu zakresach, zwiększając jasność dla jednego promienia (w prostszych systemach) co najmniej tysiąckrotnie. Wreszcie, rozdzielczość obecnie stosowanych systemów radarowych nie pozwala na łatwe rozróżnianie obiektów stacjonarnych lub w tle. Jednakże technika MIMO stosowana w ramach projektu DENSE łączy w sobie radar z innymi czujnikami, zwiększając niezawodność i dokładność klasyfikacji. Prototyp łączący w sobie wszystkie trzy czujniki został skonstruowany i przetestowany we Francji, w 30-metrowej komorze pogodowej partnera projektu, firmy CEREMA (strona w języku francuskim), w której zasymulowano warunki panujące podczas mgły i deszczu. „Nasz system wykazał znaczną poprawę w zakresie percepcji otoczenia systemów wspomagania kierowcy, zwłaszcza przy złej pogodzie, w porównaniu z konwencjonalnymi systemami”, zauważa Ritter. Działanie czujników uległo poprawie również za sprawą jednostki przetwarzającej opartej na głębokich sieciach neuronowych i przeszkolonej z wykorzystaniem algorytmów złych warunków pogodowych. W celu dostrojenia i przetestowania urządzenia wykorzystano dane pozyskane z komory pogodowej firmy CEREMA lub z dłuższych przejazdów na terenie Europy Północnej.
Od jazdy wspomaganej do pojazdów autonomicznych
Innowacyjność projektu DENSE przyczynia się do realizacji idei jazdy wspomaganej, której celem jest uniknięcie kosztownych wypadków i zmniejszenie liczby ofiar. Pomaga również utorować drogę dla autonomicznych pojazdów, w przypadku których niezbędna jest całodobowa dostępność i niezawodność przy każdej pogodzie, z korzyścią między innymi dla osób starszych i niepełnosprawnych. Niezbędne ulepszenia, które należy wprowadzić w systemie DENSE przed rozpoczęciem jego produkcji na skalę przemysłową, obejmą: dostęp do większej ilości danych z symulacji złych warunków pogodowych, lepszą zdolność automatycznego rozpoznawania pogody i dostosowywania się do niej (przy użyciu sztucznej inteligencji) oraz zwiększenie wydajności sprzętowej czujników. „Obecnie stosowane czujniki można by już teraz zastąpić naszymi, poprawiając percepcję otoczenia systemów ADAS, jednak wymaga to uprzedniego rozwoju sprzętu przez dostawców. Nasze sieci neuronowe można wprowadzić bezpośrednio do istniejących architektur, ulepszając istniejące czujniki, ale zmiany w produkcji zazwyczaj zajmują co najmniej trzy lata”, mówi Ritter.
Słowa kluczowe
DENSE, zaawansowane systemy wspomagania kierowcy, pojazdy autonomiczne, zła pogoda, lidar, radar, kamery bramkowe, SWIR, MIMO, czujniki, sieci neuronowe