Technologie Time-of-Flight pomůže řidičům revolučním způsobem

Je známo, že rozptylování řidiče během jízdy výrazně přispívá ke vzniku dopravních nehod. Tím, jak automobilový průmysl stále více směřuje k masové výrobě vozidel s částečně autonomním ovládáním, nabývá také na aktuálnosti nutnost monitorovat pozornost nebo naopak nesoustředěnost řidiče během jízdy. Tento článek ukáže, jak k dosažení tohoto cíle může pomoci technická inovace převzatá ze zcela jiného oboru.

Výrobci vozidel i příslušné instituce hledají efektivní metody, jak omezit rozptylování a naopak zvýšit pozornost řidičů během jízdy. Pokud bude možné během jízdy monitorovat řidiče a zjistit, kam se právě dívá, pak bude také možné zabránit nebezpečným situacím, které mohou kvůli jeho nepozornosti nastat.

Během řízení potřebuje řidič občas zaměřit svůj zrak mimo vozovku –podívat se do zpětných zrcátek, na tachometr, stav paliva atd. Je ale velký rozdíl mezi rychlým letmým pohledem a dlouhým odvedením pozornosti od situace na silnici. První snahy o monitorování pozornosti řidiče spočívaly v sledování pohybu jeho očních víček a duhovek. Tyto tzv. „sensory mrkání“ve spojení se systémem pro sledování jízdy v pruhu prokázaly velkou službu v boji s únavou řidiče tím, že vozidlo mohlo v případě potřeby zareagovat. Nejsou ale dostatečně vyspělé k tomu, aby mohly pomoci pokročilému systému asistence řidiče (advanced driver assistance systém –ADAS) v rozhodování, zda je potřeba provést nějaký záchranný manévr. Rovněž aplikování takového senzoru je pro každé vozidlo specifické, kdy rozdíly v rozměrech kabiny vozu nebo rozložení palubních přístrojů mají hlavní dopad na schopnost systému zachytit přesná data. V případě jejich použití by bylo potřeba vlastní verze snímacího systému pro každý model vozu, který výrobce uvede na trh. To má ovšem vliv na celkovou dobu vývoje a také na cenu.

Optický snímací systém Time-of-Flight

Optický snímací systém nazvaný „Timeof- Flight“(ToF) se stává velmi populární v herním průmyslu. Je relativně jednoduchý –zdroj infračerveného světla (IR) vysílá paprsek, který poté, co byl vyslán směrem k překážce, se odrazí zpět k senzoru ToF. Senzor detekuje odražený IR signál a následně ho porovná s referenčním signálem –zjistí fázový posun způsobený cestou paprsku a tím i vzdálenost k překážce. Takto lze vytvořit 3D obraz. Stereo kamery měly v oblasti 3D zobrazení dlouho dominantní postavení. Jejich použití je ale do jisté míry omezeno limity snímací techniky. Mají problém detekovat jednobarevné objekty a také vyhodnocovat objekty, které na sebe těsně navazují. Rovněž se ukázalo obtížné dosáhnout přesného zarovnání obou kamer a zajištění dostatečné kapacity pro zpracování dat. Když se pracuje s velmi výkonnou akvizicí dat v kombinaci s manipulačním softwarem, představují zobrazovací systémy založené na ToF oproti stereo kamerám efektivnější 3D systém.

Ačkoliv si ToF našla uplatnění zejména u herních konzolí (např. Microsoft Xbox One), není důvod, proč by nemohla být také úspěšně aplikována v jiných průmyslových odvětvích. Takový systém by mohl být implementován např. v palubních deskách automobilů s cílem umožnit ADAS systému vozidla sledovat bdělost řidiče (za předpokladu, že bude dostatek světla k určení polohy hlavy, těla atd.). Potom by bylo možné rozhodovat o nutnosti zásahu ze strany ADAS systému, např. zahájit nouzové brzdění nebo aplikovat jinou odezvu v případě, že by si řidič byl vědom vzniklé situace.

Snímač MLX75023 od společnosti Melexis

Společnost Melexis, výrobce polovodičů pro automobily, vyvinula mnohapixelový snímač obrazu, který podporuje extrémně vysoký dynamický rozsah při takové úrovni citlivosti, že je možné zachytit detaily s typickou přesností 1–2 %. Tím jsou problémy spojené s dostatkem světla vyřešeny a je tak možné přenést ToF ze světa her a vytvořit ekvivalent s vyšším výkonem, určený specificky pro použití v nové generaci automobilů. Snímač MLX75023 firmy Melexis (viz obr. 1) je multipixelový ToF senzor se spektrálním rozsahem 800 až 900 nm (pokrývající oblast světla blízko IR). Má rozlišení QVGA (320 ×240 pixelů) a extrémně rychlé snímání jednotlivých obrázků 600 fps (frames per second).

Pokud se pracuje s modulovaným zdrojem světla (v podobě LED nebo laseru), je snímač schopen získat detailní informace o vzdálenosti a odrazivosti. Potom je možné nepřetržitě monitorovat pozornost řidiče s cílem zlepšit bezpečnost prostřednictvím důmyslného softwaru pro zpracování obrazu IISU®, který dodává technologický partner –společnost SoftKinetic. Snímač MLX75023, který používá automobilový CMOS pro zpracování smíšených signálů firmy Melexis, je 3D senzor s nejvyšším rozlišením, jaký lze dnes na trhu získat. Velmi malé pixely mají rozměry pouhých 15 ×15 μm. Vysoký dynamický rozsah každého pixelu v MLX75023 podporuje až 120 kLux světla na pozadí, čímž zcela řeší otázku dostatečného okolního světla. Dva digitální vstupy ovládají demodulaci pixelu, přičemž dosahují kmitočtu až 40 MHz. Dvojice analogových výstupů umožňují 9bitové adresování řádků pixelů a 8bitové adresování sloupců, a to až do 50 MHz. Senzor MLX75023 je dostupný v kompaktním skleněném BGA pouzdru s rozměry 6,6 ×5,5 mm, což nabízí mnoho různých možností integrace. Použití senzorů ToF se ukázalo jako nejlepší způsob zpracování velkého objemu dat v reálném čase vyžadovaného pro 3D zobrazení, a to díky své úrovni odezvy a přesné schopnosti detekování.

Závěrem

Díky zajištění dostatečného množství světla je možné použít technologii ToF pro monitorování chování řidičů a přispět tak k větší bezpečnosti silničního provozu.