自動運転車の深度センサーへの革新的な 1000 倍のアップグレードにより安全性が向上

• 研究者は、飛行時間型深度センサーの解像度を千倍に高める新しいアプローチを開発しました。
• 干渉法と LIDAR からのアイデアを使用して、より高い解像度で物事をキャプチャできるようにします。
• このシステムの深さ分解能は 2 メートルの範囲で 3 マイクロメートルです。

自動運転車の進化がここに来ており、Google や Tesla などの大手企業が最前線に台頭しています。しかし、この技術には多くの安全上の懸念が伴います。たとえば、走行中の車の前方に突然動物を発見した場合、アルゴリズムはどのような動作をするでしょうか。動物の世話をするのが先なのでしょうか、それともあなたを救うのが先なのでしょうか?また、自動運転車は大雨の場合には適切に機能しなくなるため、技術が故障した場合にドライバーがどのような役割を果たさなければならないのかが疑問視されています。

MIT による最近の研究では、自動運転技術に伴ういくつかの問題の解決が試みられています。彼らは、霧の中の距離を正確に測定するための新しい方法を開発しました。これは、今日のセンサー技術よりも数倍優れています。

新しい深度センサーと効果的な計算手法を組み合わせることで、飛行時間型深度センサーの解像度が 1,000 倍向上します。これは、霧の中で物体を簡単に検出し、自動運転車をより安全にすることができる種類の解像度です。

視野範囲

既存の技術は、インテリジェント駐車支援システム (IPAS) および衝突検知システムに十分な能力を備えています。 2 メートルの範囲で 1 センチメートルの深度分解能を備えています。範囲が増加するにつれて、解像度は指数関数的に減少します。最悪の場合、命が失われる可能性もあります。

新しい飛行時間型システムは、同じ距離 2 メートルで 3 マイクロメートルの深さ分解能を備えています。研究主任のアチュタ・カダンビ氏は、長距離で経験する電力低下をシミュレートするために、0.5キロメートルの光ファイバー（均一空間フィルター付き）を介して光信号を送信するいくつかのテストを実施した。彼は、このシステムが 0.5 キロメートルの範囲で 1 センチメートルの深さ解像度しか達成できないことを発見しました。

仕組みは?

システムの解像度を決定する 2 つの要素は、ライト バースト長と検出率です。

非常に短いバースト光が発射され、カメラは光が戻るまでの時間を計算します。時間は物体までの距離を示します。
検出率とは、光ビームをオンまたはオフにする変調器を指します。既存の検出器は 1 秒あたり約 1 億回の計算を実行できるため、システムの解像度はセンチメートルの深さスケールに制限されます。

新しいシステムは干渉計のアイデアを使用しています。 とライダー より高い解像度で物事をキャプチャできるようになります。

干渉法とは、光ビームを 2 つの等しい部分に分割することを指します。この場合、一方の部分はシーン内に照射され、もう一方の部分は局所的に循環し続けます。反射されたビームは、局所的に循環するビームと結合されます。これら 2 つのビームの位相差により、物体の正確な距離が明らかになります。

一方、LIDAR (光検出および測距) テクノロジーを使用すると、低速カメラで高周波数 (GHz 帯域幅信号) データを画像化できます。

Beat Notes を使用したカスケード LIDAR

1 GHz、500 MHz、120 MHz で人間をスキャンする飛行時間型イメージャ

参照:MIT メディア ラボ | 10.1109/access.2017.2775138

ビートノートは通常、低帯域幅の機器で検出できる低周波音です。たとえば、一方のデバイスが 330 Hz のピッチを生成し、もう一方のデバイスが 300 Hz のピッチを生成している場合、その差の周波数、つまり 30 Hz がビート ノートになります。

同じ概念が変調された光ビームにも適用され、2 つのビーム (GHz 単位) の干渉によって Hz 周波数のビート音が生じます。ビートには、距離を測定するために重要なデータがすべて含まれています。

基本的に、これは懐中電灯を 1 秒間に何百万回もオフにしたりオンにしたりするようなものですが、これは光学的ではなく電子的に行われます。

低周波システムは霧の中でも光を散乱させるため、適切に動作します。 GHz 光学システムでは信号周波数に比べて位相シフトがはるかに高いため、MHz システムと比較して霧の補償がはるかに優れています。

その他のアプリケーション

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研究者らは、最小でほぼ3マイクロメートル（人間の髪の毛の幅の約10分の1）で光路長を制御できることを示した。このような高精度により、散乱の反転が可能になり、医師や医学研究者が可視光のスペクトルを使用して組織の奥深くまで観察できるようになります。

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