Тестирование датчиков в тумане, чтобы сделать транспорт в будущем более безопасным

Беспилотные дроны и автономные такси, которые могут безопасно работать в тумане, могут показаться футуристическими, но новые исследования в лаборатории Sandia National Laboratories приближают будущее.

Туман может сделать путешествие по воде, воздуху и земле опасным, когда людям и датчикам становится трудно обнаруживать объекты. Исследователи на заводе по производству тумана Sandia решают эту проблему с помощью новых оптических исследований в области вычислительной визуализации и в партнерстве с исследователями НАСА, работающими над Advanced Air Mobility, Teledyne FLIR и другими, для тестирования датчиков в индивидуальном тумане, который можно измерить и повторно воспроизвести по запросу.

Построенная в 2014 году туманная камера Sandia имеет длину 180 футов, высоту 10 футов и ширину 10 футов. Камера выстлана пластиковой пленкой для улавливания тумана. Когда команда начинает испытание, 64 форсунки с шипением распыляют специальную смесь воды и соли. По мере распространения брызг повышается влажность и образуется густой туман. Вскоре наблюдатель внутри не сможет видеть стены, потолок или вход через аэрозоль, а люди и предметы в нескольких футах будут затемнены или полностью скрыты.

Исследователи Sandia тщательно измеряют свойства тумана с течением времени, чтобы понять, как он формируется и меняется. Настраивая параметры окружающей среды, исследователи могут изменить свойства тумана, чтобы они лучше соответствовали естественному туману.

«Наша команда может измерить и полностью охарактеризовать туман, который мы производим на объекте, и мы можем многократно генерировать аналогичный туман в разные дни», — сказал Андрес Санчес, инженер-химик. «Наличие стабильных и измеримых условий важно, когда мы тестируем работу датчиков в условиях тумана».

Исследователи из Исследовательского центра Эймса НАСА недавно посетили Сандию, чтобы провести серию экспериментов, чтобы проверить, как имеющиеся в продаже датчики воспринимают препятствия в тумане. Группа Revolutionary Aviation Mobility является частью проекта NASA Transformational Tools and Technologies.

«Мы протестировали технологии восприятия, которые могут найти применение в автономных летательных аппаратах», — сказал Ник Крамер, ведущий инженер НАСА по этому проекту. «Мы хотим убедиться, что эти транспортные средства могут безопасно работать в нашем воздушном пространстве. Эта технология заменит глаза пилота, и мы должны иметь возможность делать это в любую погоду».

Команда установила стационарный дрон в камере в качестве цели, а затем проверила различные датчики, чтобы увидеть, насколько хорошо они могут воспринимать дрон в тумане.

«Туманная камера в Sandia National Laboratories невероятно важна для этого теста», — сказал Крамер. «Это позволяет нам действительно настраивать параметры и наблюдать за изменениями на больших расстояниях. Мы можем воспроизводить большие расстояния и различные типы тумана, которые имеют отношение к аэрокосмической среде». Крамер сказал, что одна из проблем беспилотных технологий заключается в том, что в непосредственной близости будет летать множество небольших транспортных средств.

Компания Teledyne FLIR протестировала свои собственные инфракрасные камеры на установке тумана Sandia, чтобы определить, насколько хорошо они обнаруживают и классифицируют пешеходов и другие объекты. Крис Пош (Chris Posch), технический директор отдела автомобильной промышленности Teledyne FLIR, сказал, что камеры можно использовать для повышения безопасности современных автомобилей с помощью передовых функций систем помощи водителю, таких как автоматическое экстренное торможение, и автономных транспортных средств будущего.

«Испытания тумана очень сложно проводить в природе, потому что они очень быстротечны, и есть много неотъемлемых различий, обычно наблюдаемых в размерах капель воды, консистенции и повторяемости тумана или тумана», — сказал Пош. «Поскольку установка тумана Sandia может многократно создавать туман с различным содержанием воды и размером, установка сыграла решающую роль в сборе данных испытаний тщательным научным образом».

Sandia и Teledyne FLIR провели несколько тестов производительности с датчиками безопасности транспортных средств, включая камеры видимого диапазона, длинноволновые инфракрасные камеры, средневолновые инфракрасные камеры, коротковолновые инфракрасные камеры и лидар. Пош сказал, что результаты показали, что длинноволновые инфракрасные камеры Teledyne FLIR могут точно обнаруживать и классифицировать пешеходов и другие объекты даже в тумане, где видимым камерам сложно.

Группа исследователей из Sandia недавно опубликовала в Optics Express статью, в которой описываются текущие результаты трехлетнего проекта по использованию вычислительной визуализации и науки о том, как свет распространяется и рассеивается в тумане, для создания алгоритмов, позволяющих датчикам обнаруживать, определять местоположение и отображать объекты в тумане. туман.

«Существующие методы наблюдения сквозь туман и рассеянный свет являются дорогостоящими и могут быть ограничены», — сказал Брайан Бенц, инженер-электрик и руководитель проекта. «Мы используем наши знания о том, как свет распространяется и рассеивается в тумане, чтобы улучшить возможности распознавания и ситуационной осведомленности».

Брайан Бенц, инженер-электрик и руководитель проекта, сказал, что команда смоделировала, как свет распространяется через туман к объекту и к детектору — обычно пикселю в камере, — а затем инвертировала эту модель, чтобы оценить, откуда исходит свет, и характеристики объекта. объект. Изменив модель, этот подход можно использовать как с видимым, так и с тепловым светом. Бенц говорит, что команда использовала модель для обнаружения, определения местоположения и характеристики объектов в тумане и будет работать над визуализацией объектов в течение последнего года проекта.