How do self-driving cars “see”? - Sajan Saini

Fordító: Eva Ballago Lektor: Zsuzsa Viola

It’s late, pitch dark, and a self-driving car winds down a narrow country road.

Késő van, koromsötét, egy önvezető autó hajt lassan egy keskeny országúton.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

Hirtelen három veszély bukkan fel egyszerre.

What happens next?

Mi fog történni?

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

Mielőtt navigálhatna a felmerülő akadályok között,

the car has to detect them—

az autónak fel kell ismernie azokat.

gleaning enough information about their size, shape, and position,

Elég információra van szüksége azok méretéről, alakjáról és elhelyezkedéséről

so that its control algorithms can plot the safest course.

ahhoz, hogy a vezérlő algoritmusa megtervezhesse a legbiztonságosabb utat.

With no human at the wheel,

Mivel nincs sofőr a volánnál, az autónak okosszemekre,

the car needs smart eyes, sensors that’ll resolve these details—

szenzorokra van szüksége, hogy megfejtse ezeket a részleteket,

no matter the environment, weather, or how dark it is—

környezettől, időjárástól függetlenül, és bármilyen sötét is legyen –

all in a split-second.

mindezt a másodperc töredéke alatt.

That’s a tall order, but there’s a solution that partners two things:

Ez kemény dió, de van egy megoldás, amely két részből áll:

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

egy különleges lézer-alapú távérzékelés, a LIDAR,

and a miniature version of the communications technology

és a kommunikációs technológia egy miniatűr verziója,

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

ami az internetet működteti, az integrált fotonika.

To understand LIDAR, it helps to start with a related technology— radar.

A LIDAR megértését kezdjük a radarral, ami egy kapcsolódó technológia.

In aviation,

A légi közlekedésben

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

a radar antennák rádió- vagy mikrohullámokat bocsátanak ki a repülőkre,

to learn their locations by timing how long the beams take to bounce back.

hogy a visszaverődés idejét mérve megismerjék a helyzetüket.

That’s a limited way of seeing, though,

Ez azonban korlátozott képet ad,

because the large beam-size can’t visualize fine details.

mert a nagy méretű sugarak nem adnak képet a finom részletekről.

In contrast, a self-driving car’s LIDAR system,

Ezzel ellentétben egy önvezető autó LIDAR rendszere,

which stands for Light Detection and Ranging,

vagyis lézer-alapú távérzékelési rendszere

uses a narrow invisible infrared laser.

egy vékony, láthatatlan infravörös lézert használ.

It can image features as small as the button on a pedestrian’s shirt

Ez képes olyan apró részleteket felismerni,

mint egy gomb az út túloldalán álló gyalogos ingén.

across the street.

But how do we determine the shape, or depth, of these features?

De hogyan határozzuk meg a jellemzők alakját vagy mélységét?

LIDAR fires a train of super-short laser pulses to give depth resolution.

A LIDAR nagyon rövid lézerimpulzusok sorát kibocsátva ad képet a mélységről.

Take the moose on the country road.

Vegyük például a jávorszarvast az országúton.

As the car drives by, one LIDAR pulse scatters off the base of its antlers,

Ahogy az autó elhalad, egy LIDAR impulzus szétszóródik az agancsai tövéről,

while the next may travel to the tip of one antler before bouncing back.

míg egy másik talán az egyik agancsa tetejéhez jut el, mielőtt visszaverődne.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

Ha megmérjük, mennyivel több idő, mire a második impulzus visszaérkezik,

provides data about the antler’s shape.

információt kapunk az agancs alakjáról.

With a lot of short pulses, a LIDAR system quickly renders a detailed profile.

A LIDAR rendszer sok rövid impulzust használva gyorsan ad részletes képet.

The most obvious way to create a pulse of light is to switch a laser on and off.

Fényimpulzust legegyszerűbben egy lézer ki- és bekapcsolásával hozhatunk létre.

But this makes a laser unstable and affects the precise timing of its pulses,

Így viszont a lézer instabil lesz, és ez hat az impulzusok pontos időzítésére is,

which limits depth resolution.

ami korlátozza a mélységről kapott képet.

Better to leave it on,

Jobb, ha bekapcsolva hagyjuk,

and use something else to periodically block the light reliably and rapidly.

és mással zárjuk le periodikusan, megbízhatóan és gyorsan a fény útját.

That’s where integrated photonics come in.

Itt jön a képbe az integrált fotonika.

The digital data of the internet

Az internet digitális adatait

is carried by precision-timed pulses of light,

olyan precízen időzített fényimpulzusok szállítják,

some as short as a hundred picoseconds.

melyek olykor csak száz pikomásodperc hosszúak.

One way to create these pulses is with a Mach-Zehnder modulator.

Egy Mach-Zehnder modulátorral lehet például ilyen impulzusokat létrehozni.

This device takes advantage of a particular wave property,

Ez az eszköz a hullámok egyik tulajdonságát használja fel,

called interference.

melyet interferenciának nevezünk.

Imagine dropping pebbles into a pond:

Képzeld el, hogy kavicsokat dobálsz egy tóba.

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

Ahogy a fodrok terjednek és egymásba érnek, létrejön egy minta.

In some places, wave peaks add up to become very large;

Néhány helyen a hullámok összeadódnak, és nagyon nagyok lesznek,

in other places, they completely cancel out.

máshol kioltják egymást.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

A Mach-Zehnder modulátor hasonlóképpen működik.

It splits waves of light along two parallel arms and eventually rejoins them.

A fényhullámokat két párhuzamos elágazás mentén elválasztja, majd újra egyesíti.

If the light is slowed down and delayed in one arm,

Ha a fényt lelassítjuk és késleltetjük az egyik ágon,

the waves recombine out of sync and cancel, blocking the light.

a hullámok az újraegyesüléskor kioltják egymást, elzárva a fényt.

By toggling this delay in one arm,

Ha váltogatjuk ezt a késést az egyik ágon,

the modulator acts like an on/off switch, emitting pulses of light.

a modulátor kapcsolóként működik, fényimpulzusokat bocsát ki.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

Egy száz pikomásodpercig tartó fényimpulzus

leads to a depth resolution of a few centimeters,

néhány centiméter pontosságú mélységfelbontásról ad képet,

but tomorrow’s cars will need to see better than that.

de a jövő autóinak jobban kell látniuk ennél.

By pairing the modulator with a super- sensitive, fast-acting light detector,

Ha összepárosítjuk a modulátort egy igen pontos, gyors fényérzékelővel,

the resolution can be refined to a millimeter.

a felbontás milliméter pontosságúra finomítható.

That’s more than a hundred times better

Ez több, mint százszor jobb annál,

than what we can make out with 20/20 vision, from across a street.

amit éles látással láthatunk az utca túloldaláról.

The first generation of automobile LIDAR has relied on complex spinning assemblies

Az első generációs autós LIDAR összetett forgó rendszereken alapult,

that scan from rooftops or hoods.

mely az autó tetejéről vagy a motorháztetőről szkennel.

With integrated photonics,

Az integrált fotonika segítségével

modulators and detectors are being shrunk to less than a tenth of a millimeter,

a modulátorok és detektorok a milliméter tizedénél kisebb nagyságúra zsugorodnak,

and packed into tiny chips that’ll one day fit inside a car’s lights.

parányi chipekbe kerülnek, amelyek egy nap elférnek majd egy autó lámpájában.

These chips will also include a clever variation on the modulator

Ezek a chipek a modulátor egy okos variációját is tartalmazni fogják

to help do away with moving parts and scan at rapid speeds.

a mozgó részek kiiktatására és a nagy sebességű szkennelés elősegítésére.

By slowing the light in a modulator arm only a tiny bit,

Ha csupán egész kicsit lassítjuk a fényt a modulátor egyik ágán,

this additional device will act more like a dimmer than an on/off switch.

ez a másik eszköz inkább fénytompítóhoz hasonlít majd, nem pedig kapcsolóhoz.

If an array of many such arms, each with a tiny controlled delay,

Ha sok ilyen ágat párhuzamosan egymásra halmozunk,

is stacked in parallel, something novel can be designed:

mindet egy kis kontrollált késleltetéssel, valami újat hozhatunk létre:

a steerable laser beam.

egy irányítható lézersugarat.

From their new vantage,

Új előnyükből adódóan

these smart eyes will probe and see more thoroughly

ezek az okosszemek sokkal alaposabban észlelnek majd,

than anything nature could’ve imagined—

mint bármi, amit a természet alkotott –

and help navigate any number of obstacles.

és bármennyi akadály között segítenek majd navigálni.

All without anyone breaking a sweat—

Mindezt anélkül, hogy bárki megizzadna közben –

except for maybe one disoriented moose.

kivéve talán egy zavarodott jávorszarvast.