将来の輸送をより安全にするために霧の中でセンサーをテストする

霧の中で安全に運用できる自走式ドローンと自律型タクシーは未来的なものに聞こえるかもしれませんが、サンディア国立研究所の霧施設での新しい研究により、未来が近づいています。

霧は、人とセンサーの両方が物体を検出するのが困難になると、水、空気、および土地による移動を危険にさらす可能性があります。 Sandiaの霧施設の研究者は、計算イメージングの新しい光学研究を通じて、またAdvanced Air Mobility、Teledyne FLIRなどに取り組んでいるNASAの研究者と協力して、オンデマンドで測定および繰り返し生成できるカスタマイズされた霧のセンサーをテストすることで、この課題に取り組んでいます。

2014年に建てられたサンディアの霧箱は、長さ180フィート、高さ10フィート、幅10フィートです。チャンバーは、霧を閉じ込めるためにプラスチックシートで裏打ちされています。チームがテストを開始すると、64個のノズルが水と塩のカスタム混合物をスプレーするときにヒスノイズを発生させます。スプレーが広がると、湿気が増し、濃い霧が発生します。間もなく、内部の観察者はエアロゾルを通して壁、天井、または入り口を見ることができなくなり、数フィート離れた場所にいる人や物が隠されたり、完全に隠されたりします。

サンディアの研究者は、霧がどのように形成され、変化するかを理解するために、時間の経過とともに霧の特性を注意深く測定します。環境パラメータを調整することで、研究者は霧の特性を変更して、自然に発生する霧によりよく一致させることができます。

「私たちのチームは、施設で発生する霧を測定して完全に特性化することができ、異なる日に同じような霧を繰り返し生成することができます」と化学技術者のAndresSanchez氏は述べています。 「霧の中でセンサーがどのように機能するかをテストするときは、一貫性のある測定可能な状態にすることが重要です。」

NASAのエイムズ研究センターの研究者は最近サンディアを訪れ、市販のセンサーが霧の中の障害物をどのように認識するかをテストするための一連の実験を行いました。 Revolutionary Aviation Mobilityグループは、NASAのTransformational ToolsandTechnologiesプロジェクトの一部です。

「自律型航空機に搭載される可能性のある知覚技術をテストしました」と、このプロジェクトの主任NASAエンジニアであるニッククラマーは述べています。 「私たちは、これらの車両が私たちの空域で安全に運用できることを確認したいと考えています。このテクノロジーはパイロットの目を置き換えるものであり、あらゆる種類の天候でそれを実行できる必要があります。」

チームは、ターゲットとしてチャンバー内に静止ドローンを設置し、さまざまなセンサーをテストして、霧の中のドローンをどれだけうまく認識できるかを確認しました。

「サンディア国立研究所の霧箱は、このテストにとって非常に重要です」とCramer氏は述べています。 「これにより、パラメーターを実際に調整し、長距離の変動を確認することができます。航空宇宙環境に関連する長距離やさまざまな種類の霧を再現できます。」クレイマー氏は、自己飛行技術の課題の1つは、近接して飛行する小型車両がたくさんあることだと述べました。

Teledyne FLIRは、サンディアの霧施設で独自の赤外線カメラをテストして、歩行者やその他の物体をどれだけうまく検出して分類できるかを判断しました。 TeledyneFLIRの自動車エンジニアリングディレクターであるChrisPosch氏は、カメラを使用して、自動緊急ブレーキや将来の自動運転車などの高度なドライバー支援システム機能を備えた現在の車両の安全性を向上させることができると述べました。

「霧のテストは非常に短時間であり、水滴のサイズ、霧または霧の一貫性と再現性に通常見られる多くの固有の違いがあるため、自然界で行うのは非常に困難です」とPosch氏は述べています。 「サンディアの霧施設は、さまざまな含水量とサイズの霧を繰り返し生成する可能性があるため、この施設は、徹底的な科学的方法でテストデータを収集する上で重要でした。」

SandiaとTeledyneFLIRは、可視カメラ、長波赤外線カメラ、中波赤外線カメラ、短波赤外線カメラ、リダーなどの車両安全センサーを使用して、複数のパフォーマンステストを実施しました。 Posch氏によると、結果は、Teledyne FLIRの長波赤外線カメラが、目に見えるカメラが挑戦されるほとんどの霧の中の歩行者やその他の物体を正確に検出して分類できることを示しています。

Sandiaの研究者チームは最近、Optics Expressに論文を発表しました。これは、計算イメージングと、光が霧の中で伝播および散乱する方法の背後にある科学を使用して、センサーがオブジェクトを検出、特定、およびイメージングできるようにするアルゴリズムを作成する3年間のプロジェクトの現在の結果を説明しています。霧。

「霧や散乱光を透視する現在の方法は費用がかかり、制限される可能性があります」と、電気技師でプロジェクトリーダーのブライアンベンツは述べています。 「私たちは、光が霧の中でどのように伝播および散乱するかについて知っていることを使用して、センシングおよび状況認識機能を改善しています。」

電気技師でプロジェクトリーダーのブライアン・ベンツ氏は、チームは霧の中を物体や検出器（通常はカメラのピクセル）に光がどのように伝播するかをモデル化し、そのモデルを反転させて、光の出所と特性を推定したと述べました。物体。モデルを変更することにより、このアプローチは可視光または熱光のいずれかで使用できます。ベンツ氏によると、チームはこのモデルを使用して霧の中のオブジェクトを検出、特定、特性評価し、プロジェクトの最終年度中にオブジェクトのイメージングに取り組んでいます。