LiDAR和立體視覺(jué)攝像頭如何處理低光

對(duì)于努力將自動(dòng)駕駛汽車（AV）引入現(xiàn)實(shí)世界道路的汽車制造商來(lái)說(shuō)，安全駕駛是一項(xiàng)基本任務(wù)，對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車的安全運(yùn)行而言，沒(méi)有什么比傳感器系統(tǒng)更重要的了。LiDAR和遠(yuǎn)程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，特別是在惡劣的天氣和道路條件下。

Nodar是AV先進(jìn)立體視覺(jué)技術(shù)的提供商，最近進(jìn)行了一系列面對(duì)面的性能測(cè)試，以比較LiDAR和立體視覺(jué)攝像頭如何處理低光，黑暗和惡劣天氣條件，以及檢測(cè)道路上的小障礙物。在每次測(cè)試中，配備高性能LiDAR系統(tǒng)的汽車都與具有5.4百萬(wàn)像素?cái)z像頭和30°視場(chǎng)鏡頭的寬基線立體傳感器進(jìn)行了測(cè)試。

結(jié)果表明，在惡劣的天氣條件和低光照條件下，3D立體視覺(jué)的性能明顯優(yōu)于LiDAR，這兩種極端情況對(duì)自動(dòng)駕駛汽車的安全性至關(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，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，德國(guó)在一個(gè)汽車環(huán)境室內(nèi)進(jìn)行了惡劣天氣測(cè)試，該試驗(yàn)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)的 100% 的有效范圍數(shù)據(jù)。然而，高分辨率立體視覺(jué)相機(jī)提供的點(diǎn)云密度比激光雷達(dá)的點(diǎn)云密度高50×高50。

每種天氣狀況的詳細(xì)結(jié)果：

• 大雨（以32毫米/小時(shí)的速度下雨）
  • 立體視覺(jué)性能略有下滑，準(zhǔn)確測(cè)量了95%的場(chǎng)景。
  • 激光雷達(dá)性能明顯下降，測(cè)量不到80%的場(chǎng)景。
• 暴雨（以96毫米/小時(shí)的速度下降）
  • 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)。
  • 激光雷達(dá)返回有效距離數(shù)據(jù)的能力降至40%以下;即，超過(guò)60%的范圍測(cè)量值丟失或無(wú)效。
• 霧（能見(jiàn)度45米）
  • 立體視覺(jué)返回了近70%的精確距離測(cè)量，檢測(cè)
    出霧中人眼無(wú)法察覺(jué)或不可見(jiàn)的物體。
  • 激光雷達(dá)性能下降到精確距離測(cè)量的20%;即，其80%的范圍測(cè)量值丟失或無(wú)效。

在黑暗中駕駛

夜間駕駛測(cè)試于 2022 年 10 月在波士頓周圍的道路上完成。這些測(cè)試比較了寬基線立體視覺(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 在所有照明級(jí)別上始終每秒返回約 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)量隨光量而變化，如下所示：

• 日出、日落、全日光和陰天光（1,000–10,000勒克斯）：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勒克斯）：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)行了夜間檢測(cè)道路上障礙物的測(cè)試，那里黑暗的天空消除了光污染影響結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)。在乘用車上安裝了寬基線立體視覺(jué)系統(tǒng)，并使用遠(yuǎn)光燈和近光燈進(jìn)行了測(cè)試。

以下是在夜間檢測(cè)木材、人體模型和交通錐的結(jié)果：

• 木材（12厘米高）
  • 立體視覺(jué)傳感器使用遠(yuǎn)光燈從 130 米外和從 100 米外使用近光燈檢測(cè)到一塊木材。
  • LiDAR 從最遠(yuǎn) 50 米的距離檢測(cè)到木材。
• 成人大小的人體模型，躺下（30厘米高）
  • 立體視覺(jué)檢測(cè)到一個(gè)人體模型躺在路上，距離遠(yuǎn)光燈160米，遠(yuǎn)光燈100米。
  • 激光雷達(dá)在100米外發(fā)現(xiàn)了人體模型。
• 兒童大小的人體模型，站立（100厘米高）
  • 立體視覺(jué)檢測(cè)到一個(gè)人體模特站在200米外的遠(yuǎn)光燈和100米外的近光燈。
  • 激光雷達(dá)在100米外發(fā)現(xiàn)了人體模型。
• 交通錐（高70厘米）
  • 通過(guò)立體視覺(jué)，從200米外用遠(yuǎn)光燈從160米外用近光燈檢測(cè)交通錐。
  • LiDAR 從最大 50 米外檢測(cè)到交通錐。

綜上所述，整個(gè)系列的測(cè)試結(jié)果顯示，3D立體視覺(jué)在各種不利條件下的表現(xiàn)優(yōu)于LiDAR。雖然LiDAR確實(shí)可以產(chǎn)生精確的距離測(cè)量，但其點(diǎn)云密度比測(cè)試的多相機(jī)系統(tǒng)低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，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的性能比立體視覺(jué)下降得更嚴(yán)重。

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)試中的寬基線立體視覺(jué)傳感器能夠以高達(dá)LiDAR傳感器兩倍的距離準(zhǔn)確測(cè)量與物體的距離。