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Lidar sieht erstmals auch im Nebel besser als der Mensch

Laser-Reflexionen zeigen selbsfahrenden Autos Hindernisse – außer bei Schlechtwetter. Nun ermöglichen neue Algorithmen Durchblick-Rekorde.

Fahrbahn mit Nebel und Schneeverwehungen

Nebel und Schneetreiben auf einer kanadischen Landstraße – da müssen selbstfahrende Autos noch in der Garage bleiben.

(Bild: Daniel AJ Sokolov)

Gegenstände reflektieren Laserstrahlen. Das hilft selbstfahrenden Autos dabei, ihre Umgebung und insbesondere Hindernisse in 3D zu erkennen. Daher gehört Lidar zur üblichen Ausrüstung (teil)autonomer Fahrzeuge. Doch weil auch Regen, Schnee und Nebel Laserstrahlen reflektieren und streuen, scheitert Lidar bislang bei schlechtem Wetter. Nun versuchen Forscher, sich mit neuen Algorithmen einen Weg durch die Nebelsuppe zu bahnen.

Unter dem dunklen Gupf auf dem Dach dieses Waymo-Autos versteckt sich ein Lidar.

(Bild: Daniel AJ Sokolov)

Ihnen hilft der Umstand, dass nicht alle der gepulsten Laserstrahlen immer zur Gänze von den Wassertröpfchen reflektiert oder abgelenkt werden. Ein Teil des gebündelten Lichts schafft den Weg durch den Nebel, zu einem Gegenstand, und wieder zurück zum Lidar-Modul. Dieses Signal ist aber deutlich schwächer und kommt später zurück als vom Nebel reflektierte Lichtpulse.

Forscher verschiedener Firmen und Institute sind daher auf der Suche nach den besten Algorithmen, die erkennen sollen, welche eintreffenden Spiegelungen die bedeutenden Signale sind. Die Nebel-Reflexionen kann man nicht verhindern, aber eventuell ignorieren, und sich auf schwächere, aber wichtige Signale echter Hindernisse konzentrieren.

Das nichtkommerzielle Forschungsinstitut Draper aus Massachusetts meldete diese Woche auf dem Automated Vehicles Symposium in San Francisco einen neuen Rekord: Bei einem Versuchsaufbau des von Dr. Joseph Hollmann geleiteten Teams könnte ein Lidar in dichtem Nebel ein Hindernis in 54 Metern Entfernung deutlich erkennen. Das übertrifft die menschliche Sehleistung selbst bei voller Augenkraft.

Die Forscher glauben sogar, dass die doppelte Distanz möglich gewesen wäre. Doch leider war die Eishockey-Halle, in der sie künstlich Nebel erzeugt hatten, nicht länger. Weitere Versuche werden folgen. "Lidar muss nicht einfach das erste, was es trifft, registrieren, sondern weitere Dinge, um sich ein komplettes, korrektes Bild zu machen", sagte Draper-Abteilungsleiter Eric Balles. "Unser System kann eine ganze Reihe von Signalen erkennen und analysieren, was die meisten Lidare derzeit nicht schaffen."

Draper, das vor 45 Jahren aus dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) ausgegründet würde, hat sein "Allwetter-Lidar" Hemera getauft. In der griechischen Mythologie war Hemera die Personifikation des Tages, ihre Eltern waren Finsternis (Erebos) und Nacht (Nyx). Bis zum Einsatz im Straßenverkehr hat Hemera aber noch einen weiten Weg vor sich. Unter anderem müssen die Algorithmen lernen, ein weites Sichtfeld auszuwerten, denn nicht alle Hindernisse kommen von vorne.

Lidar-Module für Kfz kosteten früher zehntausende Euro pro Stück, heute sind es "nur" noch tausende Euro. Die Abnehmer wünschen sich natürlich weitaus billigere Lidare mit größerer Reichweite bei allen Wetterbedingungen, und sie sollen gegen Interferenzen immun sein.

Auszug aus Googles LIDAR-Patent US 9,368,936 B1

(Bild: Patentschrift)

Denn wenn einmal mehrere Fahrzeuge mit Lidar in derselben Straße unterwegs sind, können sich die Geräte in die Quere kommen: Die Laserstrahlen eines Lidar können die Sensoren eines anderen Fahrzeugs verwirren. In Zukunft dürften die Laserpulse daher codiert werden. So können die Reflexionen der eigenen Laserpulse von jenen anderer Lidare unterscheiden werden. Das ist theoretisch simpel, bei schlechtem Wetter würden diese Muster aber degradieren, so dass zuverlässige Wiedererkennung nicht ganz so einfach ist.

905 nm ist eine übliche Wellenlänge für Kfz-Lidare. Autoglas reflektiert diesen Bereich zwecks thermischer Isolierung der Fahrzeugkabine. Das ist mit ein Grund, warum Lidar-Module oft auf dem Fahrzeugdach montiert sind. Spezielles Autoglas, das 905-nm-Wellen durchlässt, soll es möglich machen, Lidar-Module hinter der Windschutzscheibe anzubringen, etwa zwischen Innenspiegel und Scheibe. Das schützt das Lidar vor Steinschlag und reduziert die Verschmutzung. (ds)

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