Opinião: LiDAR: O sensor da condução inteligente

Por Mónica Cerquido (*)

O caminho para a condução autónoma depende de muitos fatores e faz-se de diferentes níveis – do 0 onde não existe qualquer automação, ao 5 o nível máximo onde a condução é totalmente autónoma -, e para subir nesses níveis a perceção do meio envolvente pelo veículo é essencial. Ou seja, para atingir maiores níveis de autonomia do veículo, em que a interferência humana diminui progressivamente na mesma medida, é fundamental que o veículo perceba e recolha a informação proveniente de todo o ambiente em seu redor, de modo a poder tomar as decisões na tarefa de condução de forma rápida, segura e eficiente.

Dos vários sensores necessários, e todos eles importantes, podemos afirmar que os sensores LiDAR (Light Detection and Ranging) são os “olhos” do veículo e base da condução autónoma. Na verdade, existem diversas controvérsias sobre a necessidade do sensor LiDAR no carro autónomo. Há quem defenda que este sensor não é a chave do carro autónomo, e sim, isso pode até ser verdade, mas apenas quando estamos perante níveis de automação baixos (<L3).  Quando falamos de níveis de automação da condução superiores, como é o caso do nível L4 e L5, o sensor LiDAR passa a ser fundamental. O LiDAR não é a chave única nestes níveis, mas é uma das, tal como são as câmaras, os sensores ultrassónicos, o RADAR e os algoritmos de perceção, que em conjunto tornam possível passar para o veículo a forma como vemos, interpretamos, processamos e tomamos as decisões durante a condução.

Mas para explicar a importância deste sensor, importa perceber como funciona. O tão falado LiDAR é um sensor ótico que nos permite criar um mapa tridimensional de pontos, a partir do qual é retirada informação sobre os objetos presentes na frente do sensor, se calcula a distância entre o sensor e o objeto, e dependendo da sua arquitetura e funcionamento, é ainda possível estimar a que velocidade segue o objeto que se encontra no nosso ângulo de visão. De uma forma simplista, o sensor LiDAR pode ser dividido em quatro grandes módulos, nomeadamente: o modulo de emissão (onde estão incluídos os mecanismos de varrimento), o módulo de receção, o módulo de processamento de dados e os modelos de software para a deteção e interpretação de objetos. O funcionamento base do sensor reside na emissão de um feixe de luz laser, com uma certa direccionalidade, que viaja no meio e é refletido por um objeto e recebido novamente no sistema. Este sinal é depois convertido em distância e a direccionalidade do feixe e intensidade representados. De um modo global, os sistemas LiDARs, podem ser sistemas de medição direta ou de medição indireta da distância. Nos sistemas de medição direta, a distância é calculada através da medição do tempo decorrido entre o feixe ótico emitido e o feixe ótico refletido pelo objeto, ou seja, recebido. Estes sistemas de medição direta, utilizam normalmente lasers pulsados. Por outro lado, lasers de emissão contínua são usados para fazer a medição de distância de uma forma indireta. Nestes métodos de medição o feixe ótico emitido pelo laser é modelado, e no caso de ser modelado em frequência, a medição da distância tem em conta a diferença entre a frequência do sinal emitido e a frequência do sinal recebido.

Voltemos agora para a necessidade do sensor LiDAR no carro autónomo. As informações de distância e a identificação dos objetos na envolvente do veículo pode ser feito recorrendo às informações que obtemos do RADAR, das câmaras e dos sensores ultrassónicos. No entanto, os sensores acima mencionados possuem algumas falhas que são colmatadas com o uso do LiDAR. O funcionamento do sensor LiDAR não é dependente das condições de luz ambientais, uma vez que este gera os seus próprios pulsos de luz (localizados no NIR II – Near Infrared Spectroscopy), enquanto que no caso das câmaras, estas são sensíveis às variações de luz ambiente, podendo ficar comprometidas em situações de nevoeiro, luz solar intensa, entre outras. Outro ponto de realçar, numa comparação direta entre as câmaras e o sensor LiDAR, é a o processamento de dados. O LiDAR ao fornecer uma representação tridimensional do cenário e simultaneamente a distância dos objetos, requer menos processamento da informação e atribui uma maior profundidade ao cenário que está a ser estudado e visto pelo automóvel. Além destas vantagens, o LiDAR permite-nos fazer a deteção e classificação de objetos e detalhar com precisão as formas desses mesmos objetos.

Embora o sensor LiDAR se debata com duas pesadas desvantagens em relação aos outros sensores referidos, nomeadamente em termos de custo e da necessidade de um vasto desenvolvimento, tem a vantagem única de conseguir avaliar 360º do ambiente em redor do veículo com maior grau de detalhe que os outros sensores, e é por isso que é peça central no road-map global para a condução autónoma.

(*) Optical Developer Bosch Car Multimedia