LiDAR (TOFカメラ 違い)

LiDAR(レーザーレーダー)には、TOF(Time of Flight)と呼ばれる、光源から発せられた光が物体に反射し戻ってくる時間を測定することで、物体までの距離を計算する技術が使われます。本記事では、LiDARの設計において簡単にTOFのシミュレーションをすることができる解析ソフトウェアとその事例 … ソナーセンサー自体は前方、後方、側面についています。音波は1mくらいしか飛ばせませんので、用途は駐車のアシストに限定されます。アイサイト付きのスバル車に乗っていると分かりますが、夕日が差し込んでまぶしいときはアイサイトが勝手にOFFになります。これに近い状況だったものと推測しています。クルーズコントロールは「アクセル」と「ブレーキ」を自動的に作動させます。ドライバーが車を運転する時、操縦に使うのは「アクセル」「ブレーキ」「ハンドル」の3つです。この3つに着目すると、自動運転のレベルを理解しやすいです。以上、自動運転に必要なセンシング技術について書いてみましたが、ハード側だけではなくソフト側の技術も重要です。自動操縦を取り入れることで、航空事故が大幅に減ったようです。航空機でも、事故の主原因はヒューマンエラーだったと言えます。昨年(2017年)の夏、アウディが世界初のレベル3自動運転車「Audi A8」を発表したことで話題になりました。日本でも今年から発売開始になる予定です。トヨタやホンダは2020年頃にレベル3の車を完成させる計画です。車の自動運転化によってヒューマンエラーがゼロに近づき、事故を大幅に減らすことできると思いますので、今後も技術動向に注目していきたいと思っています。電波の進行方向にチリや水蒸気のような小さな障害物が立ちはだかっている場合、波長が長い電波だと、脇っちょを迂回することができるので、障害物を越えて進むことができます。ただし、迂回する余裕がある分、電波のビームは太めになり、画素数は低くなります。「ミリ波レーダー」は、画素数を上げるために波長を短くする試みがなされています。現在の77GHz帯ではなく79GHz帯のミリ波を使うという方法です。モデルSには「ミリ波レーダー」も付いていたのですが、自動運転のソフトウェアが「カメラ」の情報を優先するプログラムになっていたようです。その後、テスラは「ミリ波レーダー」の情報も重視するプログラムに変更しました。ちなみに、航空機はかなり自動操縦機能が充実していて、離陸以外の操作は基本的に自動操縦モードが存在します。単にセンサを組み合わせれば済む話ではなくて、センサからの情報をどうやって処理するか、というソフト側の技術もすごく大事だということを痛感した出来事でした。「ミリ波レーダー」はミリ波、「LiDAR」は赤外線を使います。同じ電波でも、ミリ波と赤外線では波長が違います。ミリ波は波長が長く、赤外線は波長が短いです。駐車の時、車庫の壁などに近づきすぎるとピピピピピと警告してくれるやつです。違いは、コウモリが音波を使っているのに対して、「ミリ波レーダー」と「LiDAR」が電波を使っていることです。音波を使う場合はソナー、電波を使う場合はレーダーと言います。遠くは「ミリ波レーダー」、「カメラ」と「LiDAR」にセンシング機能を分担させることで、より広範囲なセンシングが可能になります。「カメラ」は人間の目と同じで、可視光を検出するものです。スバルのアイサイトが有名です。「ミリ波レーダー」と「LiDAR」は、ビームを出して障害物に反射させ、返ってくるビームを検出して距離を測ります。コウモリはまさにこのやり方で位置関係を認識しています。一方、赤外線は遠くの物体までは捉えられませんが、近距離の物体を高精度に認識することができます。レベル4の車は、2020年代の後半になると言われています。あと10年位で完全自動運転が出始めるということです。10年なんてあっと言う間に到来します。クルーズコントロールだけの車はレベル2にはならないみたいです。レベル2の車とは、クルーズコントロールという車間距離を維持して走行する機能、それから、車線を維持するための機能が備わった車のことです。車の場合、事故の93%はヒューマンエラーで起きているというデータがあります。特に最近は、高齢者ドライバーのヒューマンエラーによる痛ましい事故が多発しています。カメラやセンサ技術、情報を処理するソフトウェア技術の開発は今後ますます盛んになりそうです。真っ暗でも、悪天候でも大丈夫な「ミリ波レーダー」を組み合わせれば、カメラの欠点を補うことができます。なお、自動運転の記事や本に出てくる「LiDAR」は、角度を自由に変えられる鏡を使って、赤外線のビームを3次元に動かしてスキャンさせる「スキャンLiDAR」のことを指しています。「LiDAR」はすごく高価なため、普及にはコスト低減がカギになりそうです。車から手動で運転してくれと要請を受けない限りは、完全お任せモードとなるのがレベル3です。また、「LiDAR」を組み合わせれば、「カメラ」とは比べものにならない精度で三次元空間を捉えることができます。したがって、波長が長いミリ波は、低画素数ではありますが、遠くの物体まで認識できます。レベル1の車とは、ほぼイコール”衝突回避システム”が備わった車のことです。「カメラ」はどんどん進化していて、例えばアイサイトは白黒で検知→カラーで検知になり、信号の色を認識できるようになっています。「カメラ」だけでもそれなりに使えますが、夜は暗いのでセンシング能力が下がります。霧が出たり、夕日がまぶしい時も同じです。スバルのアイサイトで言うと、クルーズコントロールだけのver.2はレベル1ですが、クルーズコントロールに車線維持アシストが追加されたver.3はレベル2です。2016年に、自動運転モードで走行していたテスラのモデルSが大型トレーラーに衝突し、モデルSに乗っていた運転手が死亡する事故が起きました。大型トレーラーが太陽光を反射して、「カメラ」で認識できなかったことが直接の原因のようです。距離をつかむ技術には「カメラ」「ミリ波レーダー」「LiDAR(ライダー)」の3つがあります。

LiDAR LiDAR(ライダー)は「light detection and ranging」の略語で、Detectionは探知とか検出、Rangingは測距という意味で、レーザー光をパルス状に照射し、物体に反射されて帰ってくるまでの時間から対象物の距離や方向、属性などを測定するリモートセンシング技術(※1)の一つで ここでLiDARとToF法、三角法について簡単に説明する。自動運転車やロボットではToF法のLiDARが一般的に使われている。これは、投光したレーザー光が壁などの対象物に反射して戻るまでの往復飛行時間から、対象物までの距離を算出する方式である。 LIDAR(英語:Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging、「光検出と測距」ないし「レーザー画像検出と測距」)は、光を用いたリモートセンシング技術の一つで、パルス状に発光するレーザー照射に対する散乱光を測定し、遠距離にある対象までの距離やその対象の性質を分析す … そこで、可動部のない小型・低価格のSolid State型と言われるLiDARの開発も行われています。アメリカのクアナジー・システムズ(Quanergy Systems)社が2017年に量産出荷するとしている「S3」もSolid State型で、1個の値段を250ドル未満まで下げることを計画しているようです。前述のベロダイン(Velodyne)社のLiDARの高性能タイプでは、一時期、7万5000ドルと言われていましたので、かなり思い切った価格と言えます。レーザーによる計測方法には、三角法方式、time-of-flight方式、位相差方式(フェイズ・シフト)の主な方式があります。LIDARではtime-of-flight方式が使われています。time-of-flight方式とは、測定したい対象物に向かってレーザーを照射し、反射して帰ってくるまでの時間を計測することで対象物までの距離を測定する方法です。時間と照射方向で三次元座標データを取得します。指向性とは、普通の光は光源から四方八方に広がるのに対して、レーザーはまっすぐに進みます。単色性とは、普通の光はいくつかの色が混ざっていますが、レーザーは一つの色の光です。可干渉性とは、レーザーでは位相と周波数が同じ波であれば,山と山,谷と谷を重ね合わせることができるということで、コヒーレンス (coherence)とも言います。LIDARでは、波長905nmの赤外線のレーザー光が一般的なようです。赤外線のレーザー光は段ボールや木材、発泡スチロールなども検出可能ですが、豪雨などの悪天候では検出性能が低下するようです。LIDARは、自動運転車では歩行者や障害物に関する様々な情報取得に欠かせない技術として盛んに研究されていますが、その活用範囲は自動運転に限らず、様々な分野で活用されています。例えば、大気汚染物質は球形なのに対して黄砂粒子は不整形であることから大気汚染物質や黄砂の判別や粒子径や濃度などを測定することにも活用されいます。その他にも、地殻変動の把握、森林生態の測定、海洋の水質調査、気象観測、古墳の調査などのその範囲は広範囲にわたっています。この車に搭載するLiDARで代表的なのは、グーグルも使用しているアメリカのベロダイン(Velodyne)社のLiDARです。ただ、値段がかなり高いようで普及価格帯には程遠いものとなっています。回転式のLIDARの場合、大きな集光レンズ、多数の高出力レーザ、回転/移動体の移動方向や移動量、角度を検出する電子部品のエンコーダなどでコストがかさむようです。ただ、Solid State型は、低コストで大量生産が可能、ロバスト性が高く、コンパクトな機構設計が可能であることや、搭載場所が回転式のようなルーフ上に限定されないので、車両のデザインにアメリ影響を与えないといった特徴がある一方で、FOV (Field of View)が回転式のような360°ではなく、120°以下に限定され2つ以上のユニットが必要になること、検知距離が短いことや対象オブジェクトの反射率の影響を受けやすいといった短所もあります。LiDARはレーザー(Laser)を使っているわけですが、レーザー(Laser)は、Light(光) Amplification(増幅) by Stimulated(誘導) Emission(放出) of Radiation(輻射)の略で、指向性、単色性、可緩衝性という特徴があります。LiDAR関連の企業への投資や買収なども盛んになってきています。ドイツでは、コンチネンタル社がアメリカのAdvanced Scientific Concepts(ASC)社のLiDAR事業を買収しています。Boschは超高解像度3Dデータおよび画像技術の開発をリードするTetraVueに、傘下のRobert Bosch Venture Capitalを通して投資を完了しています。Infineonは、LiDARセンサーを製造しているオランダのInnoluce BVを買収するとの発表行っています。LiDARではVelodyne社が圧倒的に有名です。日本でもリコー、パイオニア、日本信号などLiDARの製造を行っていますが、アメリカやイスラエルなどではいくつものLiDARを開発をする企業があります。自動運転車の映像を見ると、車の上部に昔のパトカーの回転灯のようなものがついていますが、これがLiDARで回転しながら360度にレーザー光は放っています。LiDAR(ライダー)は「light detection and ranging」の略語で、Detectionは探知とか検出、Rangingは測距という意味で、レーザー光をパルス状に照射し、物体に反射されて帰ってくるまでの時間から対象物の距離や方向、属性などを測定するリモートセンシング技術(※1)の一つです。「光による検知と測距」「光検出と測距」あるいは「レーザーレーダ」とも呼ばれることがあります。(※1)リモートセンシングとは、対象物を触らずに調べる技術、遠隔から測定する技術で「遠隔探査」とも呼ばれています。通常リモートセンシングというと、人工衛星などからセンサーを用いて地表表面を計測したり形状上や性質を観測したりする場合などを指すことが多いようです。。自動運転車でよく使われている前述のVelodyne社製の場合、約120m先まで3Dデータ化でき、測定誤差は5cm以下で、周囲360度の測定には66ミリ秒しかかからないとのことです。さらに、道路の白線と路面の反射率の違いを3Dデータに含めることが可能とのことです。こうして読み取った3Dデータと地図情報と重ね合わせで自車の位置(走行レーン)を特定します。