02/11/2016
Door Ad Spijkers
De automobielbranche zoekt onder hoogspanning naar technologieën voor automatisch rijden. Een nieuw sensorsysteem van onderzoekers van Fraunhofer-IMS moet voor meer veiligheid zorgen.
In Florida botste in mei een Tesla bij ingeschakelde autopilotfunctie op een vrachtwagen. De chauffeur overleefde het niet. Volgens de autofabrikant konden de camera's aan de voorzijde de trekker niet goed herkennen. Bovendien had een foutieve radarmeting vol remmen verhinderd.
De nauwkeurigheid van de camera is afhankelijk van de respectievelijke lichtomstandigheden. In dit geval heeft ze gefaald. Het radarsysteem heeft de hindernis weliswaar herkend, maar kon het niet nauwkeurig lokaliseren en verwisselde de vrachtwagen met een route-informatiebord.
LiDAR
LiDAR-technologie (Light Detection and Ranging) had het ongeval volgens onderzoekers van de afdeling CMOS Image Sensors aan het Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) in Duisburg waarschijnlijk kunnen voorkomen. Bij geautomatiseerde rijden zou het systeem de tot nu toe gebruikte camera- en radartechniek aanvullen om een complete opname van de voertuigomgeving te krijgen en aldus hindernissen in het verkeer te herkennen.
LiDAR-systemen zenden gepulste laserstralen uit, die door oppervlakken van objecten worden gereflecteerd. Het LiDAD-apparaat ontvangt de teruggestuurde signalen met zogeheten 'Time of Flight' camera's. Aan de hand van de looptijd die het licht nodig heeft naar de objecten toe en weer terug, worden afstand, positie en snelheid van voertuigen, fietsers, passanten en wegwerkzaamheden berekend. Met deze data kunnen botsingen worden voorkomen.
Lichtflits scant omgeving
Bij de traditionele LiDAR wordt een enkele laserstraal naar een roterende spiegel gestuurd, zodat de omgeving in een hoek van 360°C wordt afgetast. Google gebruikt deze techniek bijvoorbeeld voor zijn Driverless Car (die overigens ook al eens een ongeluk veroorzaakte). Deze spiegelvarianten zijn echter zeer onhandig en gevoelig voor mechanische fouten. Dat is de reden dat veel autofabrikanten ze niet in hun voertuigen toepassen.
De onderzoekers aan het IMS gebruiken zeer gevoelige sensoren die zonder roterende spiegel functioneren. Ze bepalen met behulp van een laserflits de totale omgeving van het voertuig. De Flash-LiDAR genoemde systeem bestaat uit meerdere speciaal aan het instituut ontwikkelde fotodiodes, zogeheten Single Photon Avalanche Diodes (SPAD's). Hiermee wordt niet een enkel punt belicht zoals in de klassieke LiDAR, maar een rechthoekig veld.
De SPAD's zijn honderd maal gevoeliger dan bijvoorbeeld in smartphones geïntegreerde fotodiodes. Sensor en rekenelektronica zijn op één enkele chip ondergebracht, waardoor de nieuwe ontwikkeling klein en vlak uitvalt. Autofabrikanten kunnen ze daarom achter de voorruit of in de koplamp inbouwen. Het doel van de onderzoekers is, met flash-LiDAR een afstand tot zo'n 100 m af te dekken.
Vooruitzichten
De verwachting is dat de eerste systemen met de sensoren in 2018 in serieproductie gaan. De gevoelige sensoren zijn ook voor andere toepassingsgebieden zoals medische techniek, analyses of microscopie interessant, omdat ze ook bij zwakke lichtintensiteiten functioneren.