自動車LiDAR技術の概要

自動車LiDAR技術の簡単な紹介

• 自動運転車向けLiDAR
  LiDARはLight Detection and Rangingの略で、赤外線レーザー光を使って遠隔の物体との距離を測定する方法。 この技術は新しいものではなく、植生、都市地形、隠れた考古学遺跡、建築施工、拡張現実で利用されてきた。LiDARは高解像度画像を生成できる能力によって自動運転車の「目」の役割を果たし、正確な距離推定に不可欠である。しかし、LiDARの欠点はコストが高いこと。

• 動作波長
  LiDARシステムは主に赤外線領域の2つの波長で動作するように設計されている: 905 nm（近赤外線, NIR）および1550 nm（短波長赤外線, SWIR）。波長の選択は、レーザー光源の出力、検出器の感度、自然光および人工光源による干渉によって左右される。905 nmは可視光に近く目に有害となる可能性があり、1550 nmはより高い眼球安全性を持つ。

• 光検出器
  LiDARで最も一般的に使用される検出器はAvalanche Photodiodes（APD）で、シリコン、ゲルマニウム、インジウムガリウムヒ素で製造される。SPADは単一光子に反応し、非常に正確な距離測定が可能。

• 距離測定技術

  • 直接飛行時間法（dToF）: レーザーパルスを放射し、反射信号を検出して距離を測定する方法。
  • 周波数変調連続波（FMCW）: 送信パルスの周波数を変調し、距離と速度を同時に測定できる。

• 機械式LiDARシステム

  • スキャニングLiDAR: 360°の水平視野を提供し、WaymoのLaser Bear Honeycombがその一例。
  • MEMSミラーLiDAR: 可動レーザー光源の代わりにMEMSミラーを使ってレーザー光を反射する。

• ソリッドステートLiDARシステム

  • フラッシュLiDAR: 空間を写真のように捉え、リアルタイムの3Dレンダリングを提供する。
  • 光位相アレイ（OPA）LiDAR: シリコンフォトニクスを使ってチップ上でスキャニングLiDARを実装する最新のアプローチ。

• 参考資料
  さまざまな資料がLiDAR技術の方向性と比較を提供している。

[GN⁺]

Hacker Newsの意見

• Velodyneの回転スキャナーが今でも使われていることに驚き。コストが高く、フラッシュLIDARやMEMSミラーに置き換わると予想していた

  • ContinentalはフラッシュLIDAR企業を買収したが、大量市場は形成されなかった
  • Waymoは車両の角に回転LIDARを使用しており、安価で埋め込み型の代替品が必要
  • LIDARの設置位置は脆弱で、ミリ波フェーズドアレイレーダーが代替になりうる
  • LIDARの外観が自動車らしくあるべきだという主張は、初期の自動車が馬車のように見えるべきだという主張と同じ
  • パルスLIDARは連続LIDARに比べて干渉の問題が少ない

• Hacker Newsで見つかったLIDAR障害物検知アルゴリズム

  • 自動運転車企業のGitリポジトリから流出したアルゴリズム
  • Velodyne HDL-32E向けのコードで、複数段階で動作し、主要な障害物検知手法である
  • NaNポイントを処理し、キャッシュ効率の高い行優先の行列レイアウトに書き直された
  • シンプルだが効果的な障害物検知手法である

• 自動車向けFMCW LiDAR開発の経験

  • 市場投入には至らず、コスト削減が難しかった
  • 自動車市場では利益率が低い

• LIDARがドライバーや歩行者に危険かどうかという質問

• LIDARの高解像度画像生成能力への疑問

  • 車載レーダーは固定されており、LIDARも固定されるはず
  • 回転レーダーは連続的な解像度を提供し、LIDARはサンプリングする
  • LIDARは精度と高さ測定に強みがある

• LIDAR技術への前向きな意見とMuskの反対

• 民生用レーザーポインターでLIDARを無力化できる可能性があり、それを防ぐシステムがあるのか気になる

• LIDARの高コストと小型化の必要性

  • 時間が経てば解決する問題であり、十分なエンジニアリング努力が注がれている

• 高解像度で家をスキャンできるLIDARユニットについての質問