LiDAR和立體視覺(jué)攝像頭如何處理弱光、黑暗環(huán)境？

對(duì)于致力于將自動(dòng)駕駛汽車(chē) (AV) 引入真實(shí)道路的汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō)，安全駕駛是一項(xiàng)基本任務(wù)，對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的安全運(yùn)行來(lái)說(shuō)，沒(méi)有什么比傳感器系統(tǒng)更重要了。LiDAR 和遠(yuǎn)距離 3D 視覺(jué)傳感器已成為兩種高效的距離傳感解決方案，盡管性能存在顯著差異，尤其是在惡劣天氣和道路條件下。

Nodar是一家為自動(dòng)駕駛汽車(chē)提供先進(jìn)立體視覺(jué)技術(shù)的供應(yīng)商，最近進(jìn)行了一系列頭對(duì)頭的性能測(cè)試，以比較LiDAR和立體視覺(jué)攝像頭如何處理弱光、黑暗和惡劣的天氣條件，以及檢測(cè)道路上的小障礙物。在每項(xiàng)測(cè)試中，配備高性能LiDAR系統(tǒng)的汽車(chē)都針對(duì)帶有5.4百萬(wàn)像素?cái)z像頭和30°視場(chǎng)鏡頭的寬基線(xiàn)立體傳感器進(jìn)行了測(cè)試。

結(jié)果表明，在惡劣的天氣條件和低光照下，3D立體視覺(jué)的性能明顯優(yōu)于LiDAR，這兩種邊緣情況對(duì)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的安全至關(guān)重要。

結(jié)合立體視覺(jué)傳感器已知的卓越日間性能，這些新結(jié)果應(yīng)該可以減輕人們對(duì)基于攝像頭的傳感器性能的擔(dān)憂(yōu)，并為立體視覺(jué)成為L(zhǎng)3+自動(dòng)駕駛應(yīng)用的主要3D傳感器奠定基礎(chǔ)。

在雨霧中駕駛

2022 年 11 月，在德國(guó)的汽車(chē)環(huán)境箱內(nèi)進(jìn)行了惡劣天氣測(cè)試，該箱模擬了白天和夜間照明條件下不同強(qiáng)度的雨霧。在干燥的道路上，LiDAR 和立體攝像頭返回每個(gè)傳感器測(cè)量點(diǎn) 100% 的有效距離數(shù)據(jù)。然而，高分辨率立體視覺(jué)相機(jī)提供的點(diǎn)云密度比LiDAR的點(diǎn)云密度高50×。

每種天氣狀況的詳細(xì)結(jié)果：

?大雨(以 32 毫米/小時(shí)的速度下降)

立體視覺(jué)性能略有下滑，準(zhǔn)確測(cè)量了95%的場(chǎng)景。

LiDAR 性能明顯下降，測(cè)量不到 80% 的場(chǎng)景。

?猛烈暴雨(每小時(shí)96毫米)

基于攝像頭的傳感器在近 70% 的數(shù)據(jù)點(diǎn)上記錄了準(zhǔn)確的讀數(shù)。

LiDAR 返回有效距離數(shù)據(jù)的能力降至 40% 以下;也就是說(shuō)，超過(guò)60%的距離測(cè)量值丟失或無(wú)效。

?霧(45米能見(jiàn)度)

立體視覺(jué)返回了近 70% 的準(zhǔn)確距離測(cè)量值，可檢測(cè)出霧中人眼無(wú)法察覺(jué)或看不見(jiàn)的物體。

LiDAR 性能下降到精確距離測(cè)量的 20%;也就是說(shuō)，其 80% 的距離測(cè)量值丟失或無(wú)效。

在黑暗中駕駛

2022 年 10 月在波士頓周?chē)牡缆飞贤瓿闪艘归g駕駛測(cè)試。這些測(cè)試比較了寬基線(xiàn)立體視覺(jué)相機(jī)和LiDAR在從全日光(10,000勒克斯)到夜間(1勒克斯)的各種照明水平下返回的有效范圍測(cè)量值的數(shù)量。

LiDAR 在所有照明水平下每秒持續(xù)返回約 600,000 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。相比之下，立體視覺(jué)傳感器返回的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量隨光量的變化而變化，如下所示：

? 日出、日落、全日光和陰天(1,000–10,000 lux)：每秒 4000 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)

? 陰天日出和日落(100–1,000 勒克斯)：每秒超過(guò) 3000 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)

? 城市光污染(10-100 勒克斯)：每秒約 2000 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)

? 月光 (1 lux)：每秒超過(guò) 1000 萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)

在夜間發(fā)現(xiàn)障礙物

2023 年 4 月，在緬因州的一個(gè)封閉簡(jiǎn)易機(jī)場(chǎng)進(jìn)行了夜間道路障礙物檢測(cè)測(cè)試，那里的黑暗天空消除了光污染影響結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)。寬基線(xiàn)立體視覺(jué)系統(tǒng)安裝在乘用車(chē)上，并使用遠(yuǎn)光燈和近光燈進(jìn)行測(cè)試。

以下是夜間檢測(cè)木材、人體模型和交通錐的結(jié)果：

? 木材(高12cm)

立體視覺(jué)傳感器使用遠(yuǎn)光燈從 130 米外檢測(cè)到一塊躺在道路上的木材，使用近光燈從 100 米外檢測(cè)到一塊木材。

LiDAR 從最大 50 米外檢測(cè)到木材。

? 成人尺寸的人體模型，躺著(30厘米高)

立體視覺(jué)用遠(yuǎn)光燈檢測(cè)到 160 米外的人體模型躺在路上，用近光燈檢測(cè)到 100 米外的人體模型。

LiDAR 在 100 米外檢測(cè)到人體模型。

? 兒童人體模型，站立(高100厘米)

立體視覺(jué)檢測(cè)到一個(gè)人體模型站在 200 米外的遠(yuǎn)光燈和 100 米外的近光燈。

LiDAR 在 100 米外檢測(cè)到人體模型。

? 交通錐(70厘米高)

通過(guò)立體視覺(jué)，用近光燈從160米外的遠(yuǎn)光燈檢測(cè)到200米外的交通錐。

LiDAR 從最大 50 米外檢測(cè)到交通錐。

綜上所述，整個(gè)系列測(cè)試的結(jié)果表明，3D立體視覺(jué)在各種不利條件下都優(yōu)于LiDAR。雖然LiDAR確實(shí)可以產(chǎn)生準(zhǔn)確的距離測(cè)量，但其點(diǎn)云密度比測(cè)試的多攝像頭系統(tǒng)低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而降低了LiDAR檢測(cè)小物體的能力。

測(cè)試還表明，在能見(jiàn)度差的情況下，LiDAR 的性能下降比立體視覺(jué)要明顯得多。

最后，盡管人們普遍認(rèn)為基于攝像頭的系統(tǒng)在夜間表現(xiàn)不佳，但該測(cè)試中的寬基線(xiàn)立體視覺(jué)傳感器能夠準(zhǔn)確測(cè)量到物體的距離，其范圍是LiDAR傳感器的兩倍。

編輯：黃飛