Развитие безопасного транспорта в тумане: лаборатория Сандиа тестирует датчики для автономных авто

Самолёты-дроны и автономные такси, способные безопасно работать в тумане, могут звучать футуристично, но новые исследования в туманной камере национальных лабораторий Сандиа приближают будущее.

Туман делает передвижение по воде, воздуху и суше опасным, когда становится трудно как людям, так и датчикам обнаруживать объекты. Исследователи в туманной камере Сандиа решают эту проблему через новые оптические исследования в вычислительной визуализации и сотрудничая с исследователями NASA, работающими над передвижной авиацией, Teledyne FLIR и другими для тестирования датчиков в настраиваемом тумане, который можно измерять и воспроизводить по требованию.

Построенная в 2014 году туманная камера Сандиа имеет длину 180 футов, высоту 10 футов и ширину 10 футов. Камера облицована пластиковой плёнкой для удержания тумана. Когда команда начинает тест, 64 насадки шипят, распыляя специальную смесь воды и соли. По мере распространения распыления влажность нарастает и образуется густой туман. Вскоре наблюдатель внутри не сможет увидеть стены, потолок или вход через аэрозоль, а люди и объекты в нескольких футах будут скрыты или полностью невидимы.

Исследователи Сандиа тщательно измеряют свойства тумана во времени, чтобы понять, как он формируется и меняется. Настроивая параметры среды, исследователи могут изменять свойства тумана для лучшего соответствия естественному туману.

«Наша команда может измерять и полностью характеризовать туман, который мы производим на объекте, и мы можем многократно генерировать похожий туман в разные дни», — сказал Андреас Санчес, химический инженер. «Наличие последовательных и измеримых условий важно, когда мы тестируем, как датчики работают в тумане».

Исследователи из исследовательского центра NASA Амса недавно посетили Сандиа для проведения серии экспериментов по тестированию того, как коммерчески доступные датчики воспринимают препятствия в тумане. Группа революционной авиационной подвижности является частью проекта NASA Transformational Tools and Technologies.

«Мы тестировали технологии восприятия, которые могут войти в автономные воздушные судна», — сказал Ник Крамер, ведущий инженер NASA по этому проекту. «Мы хотим убедиться, что эти судна смогут безопасно работать в нашем воздушном пространстве. Эта технология заменит глаза пилота, и мы должны иметь возможность делать это во всех типах погоды».

Команда установила стационарный дрон в камере как цель, а затем тестировала различные датчики, чтобы увидеть, насколько хорошо они могут воспринять дрон в тумане.

«Туманная камера в национальных лабораториях Сандиа невероятно важна для этого теста», — сказал Крамер. «Она позволяет нам точно настраивать параметры и смотреть на вариации на больших расстояниях. Мы можем воспроизводить большие расстояния и различные типы тумана, релевантные для аэрокосмической среды». Крамер отметил, что одной из проблем технологии самолётов-дронов является то, что будет много небольших летательных аппаратов, летающих в близкой близости.

Teledyne FLIR протестировала свои инфракрасные камеры в туманной установке Сандиа, чтобы определить, насколько хорошо они обнаруживают и классифицируют пешеходов и другие объекты. Крис Пош, директор по инженерии в автомобильной сфере Teledyne FLIR, сказал, что камеры могут быть использованы для улучшения безопасности современных автомобилей с системами помощи водителю, такими как автоматическое экстренное торможение, и автономных автомобилей будущего.

«Тестирование в тумане очень сложно в природе, потому что он настолько мимолётен и существуют многие присущие различия в размерах капель воды, консистенции и воспроизводимости тумана или мрака», — сказал Пош. «Поскольку туманная установка Сандиа может многократно создавать туман с различным водным содержанием и размером капель, объект был критически важен для сбора тестовых данных в тщательной научной манере».

Сандиа и Teledyne FLIR провели множество тестов производительности с датчиками безопасности автомобилей, включая видимые камеры, длинноволновые инфракрасные камеры, средневолновые инфракрасные камеры, коротковолновые инфракрасные камеры и лидары. Пош сказал, что результаты показали, что длинноволновые инфракрасные камеры Teledyne FLIR могут точно обнаруживать и классифицировать пешеходов и другие объекты в большинстве туманов, где видимые камеры испытывают трудности.

Команда исследователей Сандиа недавно опубликовала статью в Optics Express, описывающую текущие результаты трёхлетнего проекта по использованию вычислительной визуализации и науки о распространении и рассеянии света в тумане для создания алгоритмов, позволяющих датчикам обнаруживать, локализовать и визуализировать объекты в тумане.

«Текущие методы просмотра сквозь туман и с рассеянным светом дороги и могут быть ограничены», — сказал Брайан Бентц, инженер-электрик и руководитель проекта. «Мы используем то, что знаем о том, как свет распространяется и рассеивается в тумане, чтобы улучшить возможности 감지와 ситуационной осведомлённости».

Брайан Бентц 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 пришёл свет и характеристики объекта. Изменяя модель, этот подход можно использовать как с видимым, так и с тепловым светом. Бентц говорит, что команда использовала модель для обнаружения, локализации и характеристики объектов в тумане и будет работать над визуализацией объектов в последний год проекта.