Visão geral da tecnologia LiDAR automotiva

Uma breve introdução à tecnologia LiDAR automotiva

• LiDAR para veículos autônomos
  LiDAR é a sigla para Light Detection and Ranging, um método que usa luz laser infravermelha para medir a distância até objetos remotos. Essa tecnologia não é nova e já vem sendo usada para vegetação, relevo urbano, sítios arqueológicos ocultos, construção de edifícios e realidade aumentada. O LiDAR atua como os "olhos" dos veículos autônomos por sua capacidade de gerar imagens em alta resolução, sendo essencial para estimativas precisas de distância. No entanto, uma desvantagem do LiDAR é seu alto custo.

• Comprimentos de onda de operação
  Os sistemas LiDAR são projetados principalmente para operar em dois comprimentos de onda na faixa do infravermelho: 905 nm (infravermelho próximo, NIR) e 1550 nm (infravermelho de ondas curtas, SWIR). A escolha do comprimento de onda depende da potência de saída da fonte laser, da sensibilidade do detector e da interferência de fontes de luz naturais e artificiais. O comprimento de 905 nm é mais próximo da luz visível e pode ser prejudicial aos olhos, enquanto 1550 nm oferece maior segurança ocular.

• Fotodetectores
  Os detectores mais comumente usados em LiDAR são os Avalanche Photodiodes (APDs), fabricados em silício, germânio e arseneto de índio e gálio. Os SPADs reagem a fótons únicos, permitindo medições de distância extremamente precisas.

• Tecnologias de medição de distância

  • Tempo de voo direto (dToF): método que mede a distância emitindo pulsos de laser e detectando o sinal refletido.
  • Onda contínua modulada em frequência (FMCW): pode medir distância e velocidade ao mesmo tempo ao modular a frequência do pulso transmitido.

• Sistemas LiDAR mecânicos

  • LiDAR de varredura: fornece campo de visão horizontal de 360°, com o Laser Bear Honeycomb da Waymo como exemplo.
  • LiDAR com espelho MEMS: reflete a luz laser usando espelhos MEMS em vez de uma fonte laser móvel.

• Sistemas LiDAR de estado sólido

  • Flash LiDAR: captura o espaço como uma fotografia e fornece renderização 3D em tempo real.
  • LiDAR OPA (optical phased array): abordagem mais recente que implementa LiDAR de varredura em um chip usando fotônica de silício.

• Materiais de referência
  Diversos materiais fornecem comparações e direcionamentos sobre a tecnologia LiDAR.

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Comentários do Hacker News

• Surpresa por o scanner rotativo da Velodyne ainda ser usado. O custo é alto, e esperava-se que Flash LIDAR ou espelhos MEMS o substituíssem

  • A Continental adquiriu uma empresa de Flash LIDAR, mas não se formou um mercado de massa
  • A Waymo usa LIDAR rotativo nos cantos do veículo, e é necessário um substituto barato e embutido
  • A posição do LIDAR é vulnerável, e radar de arranjo em fases milimétrico pode ser uma alternativa
  • A afirmação de que o LIDAR precisa ter aparência de automóvel é como dizer que os primeiros carros precisavam parecer carruagens
  • LIDAR pulsado tem menos problemas de interferência do que LIDAR contínuo

• Algoritmo de detecção de obstáculos com LIDAR encontrado no Hacker News

  • Algoritmo vazado de um repositório Git de uma empresa de carros autônomos
  • Código para o Velodyne HDL-32E, que opera em várias etapas e é o principal método de detecção de obstáculos
  • Lida com pontos NaN e foi reescrito com layout de matriz em ordem de linhas eficiente para cache
  • Método de detecção de obstáculos simples, mas eficaz

• Experiência no desenvolvimento de FMCW LiDAR para automóveis

  • Não conseguiu chegar ao mercado, e foi difícil reduzir custos
  • As margens no mercado automotivo são baixas

• Pergunta sobre se o LIDAR é perigoso para motoristas ou pedestres

• Dúvida sobre a capacidade do LIDAR de gerar imagens em alta resolução

  • O radar automotivo é fixo, e o LIDAR provavelmente também será fixo
  • O radar rotativo oferece resolução contínua, enquanto o LIDAR faz amostragem
  • O LIDAR tem pontos fortes em precisão e medição de altura

• Opiniões positivas sobre a tecnologia LIDAR e a oposição de Musk

• Curiosidade sobre se um apontador laser de consumo pode neutralizar o LIDAR e se existem sistemas para se defender disso

• Alto custo do LIDAR e necessidade de miniaturização

  • Problema que será resolvido com o tempo, e há esforço de engenharia suficiente

• Pergunta sobre uma unidade de LIDAR capaz de escanear uma casa em alta resolução