Überblick über die Automotive-LiDAR-Technologie

Eine kurze Einführung in die Automotive-LiDAR-Technologie

• LiDAR für autonome Fahrzeuge
  LiDAR steht für Light Detection and Ranging und ist ein Verfahren zur Messung der Entfernung zu entfernten Objekten mithilfe von Infrarot-Laserlicht. Die Technologie ist nicht neu und wurde bereits für Vegetation, städtische Topografie, verborgene archäologische Stätten, den Gebäudebau und Augmented Reality eingesetzt. Dank seiner Fähigkeit, hochauflösende Bilder zu erzeugen, fungiert LiDAR als die „Augen“ autonomer Fahrzeuge und ist für eine präzise Entfernungsschätzung unverzichtbar. Ein Nachteil von LiDAR sind jedoch die hohen Kosten.

• Betriebswellenlängen
  LiDAR-Systeme sind hauptsächlich für den Betrieb bei zwei Wellenlängen im Infrarotbereich ausgelegt: 905 nm (nahes Infrarot, NIR) und 1550 nm (kurzwelliges Infrarot, SWIR). Die Wahl der Wellenlänge hängt von der Ausgangsleistung der Laserquelle, der Empfindlichkeit des Detektors sowie von Störungen durch natürliche und künstliche Lichtquellen ab. 905 nm liegt näher am sichtbaren Licht und kann für die Augen schädlich sein, während 1550 nm eine höhere Augensicherheit bietet.

• Photodetektoren
  Die in LiDAR am häufigsten verwendeten Detektoren sind Avalanche Photodiodes (APDs), die aus Silizium, Germanium und Indium-Gallium-Arsenid hergestellt werden. SPADs reagieren auf einzelne Photonen und ermöglichen dadurch sehr präzise Entfernungsmessungen.

• Entfernungsmessverfahren

  • Direct Time of Flight (dToF): Ein Verfahren, bei dem Laserpulse ausgesendet und reflektierte Signale detektiert werden, um die Entfernung zu messen.
  • Frequency-Modulated Continuous Wave (FMCW): Durch Modulation der Frequenz des ausgesendeten Pulses können Entfernung und Geschwindigkeit gleichzeitig gemessen werden.

• Mechanische LiDAR-Systeme

  • Scanning-LiDAR: Bietet ein horizontales Sichtfeld von 360°; ein Beispiel ist Waymos Laser Bear Honeycomb.
  • MEMS-Spiegel-LiDAR: Reflektiert das Laserlicht mithilfe eines MEMS-Spiegels statt mit einer beweglichen Laserquelle.

• Solid-State-LiDAR-Systeme

  • Flash-LiDAR: Erfasst den Raum ähnlich wie ein Foto und ermöglicht 3D-Rendering in Echtzeit.
  • Optical Phased Array (OPA)-LiDAR: Ein moderner Ansatz, der Silicon Photonics nutzt, um Scanning-LiDAR auf einem Chip zu realisieren.

• Weiterführende Materialien
  Verschiedene Materialien bieten Einblicke in die Ausrichtung der LiDAR-Technologie und entsprechende Vergleiche.

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Hacker-News-Kommentare

• Überraschung darüber, dass die rotierenden Scanner von Velodyne noch immer verwendet werden. Die Kosten sind hoch, und es wurde erwartet, dass Flash-LIDAR oder MEMS-Spiegel sie ersetzen würden

  • Continental hat ein Flash-LIDAR-Unternehmen übernommen, aber es hat sich kein Massenmarkt gebildet
  • Waymo verwendet rotierende LIDARs an den Fahrzeugecken, und es werden günstige, bündig integrierte Alternativen benötigt
  • Die Position von LIDAR ist anfällig, und Millimeter-Phased-Array-Radar könnte eine Alternative sein
  • Die Behauptung, LIDAR müsse wie ein Auto aussehen, ist so, als hätte man früher behauptet, Autos müssten wie Kutschen aussehen
  • Gepulstes LIDAR hat im Vergleich zu kontinuierlichem LIDAR weniger Interferenzprobleme

• Auf Hacker News entdeckter Algorithmus zur Hinderniserkennung mit LIDAR

  • Algorithmus, der aus dem Git-Repository eines Unternehmens für autonome Fahrzeuge geleakt wurde
  • Code für den Velodyne HDL-32E, der in mehreren Schritten arbeitet und die zentrale Methode zur Hinderniserkennung ist
  • Verarbeitet NaN-Punkte und wurde mit cache-effizientem, zeilenbasiertem Matrix-Layout neu geschrieben
  • Eine einfache, aber effektive Methode zur Hinderniserkennung

• Erfahrungen bei der Entwicklung von FMCW-LiDAR für Autos

  • Kam nicht auf den Markt, und Kostensenkungen waren schwierig
  • Niedrige Margen im Automobilmarkt

• Frage, ob LIDAR für Fahrer oder Fußgänger gefährlich ist

• Zweifel an der Fähigkeit von LIDAR, hochauflösende Bilder zu erzeugen

  • Autoradar ist fest montiert, und LIDAR dürfte ebenfalls fest montiert sein
  • Rotierendes Radar liefert kontinuierliche Auflösung, während LIDAR sampelt
  • LIDAR hat Stärken bei Genauigkeit und Höhenmessung

• Positive Einschätzungen zur LIDAR-Technologie und Musks Ablehnung

• Neugier, ob LIDAR mit handelsüblichen Laser-Pointern für Verbraucher außer Kraft gesetzt werden kann und ob es Systeme zur Abwehr gibt

• Die hohen Kosten von LIDAR und die Notwendigkeit der Miniaturisierung

  • Ein Problem, das sich mit der Zeit lösen dürfte; es gibt genügend Engineering-Aufwand

• Frage nach einer LIDAR-Einheit, mit der sich ein Haus in hoher Auflösung scannen lässt