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自動ブレーキシステムに必須のセンサーはLiDAR?カメラ?ミリ波レーダー?

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高齢者や無謀な運転をする人が引き起こす悲惨な交通事故のニュースを耳にする度に、高性能な自動ブレーキの普及に期待したくなります。人や障害物があれば、アクセルを踏んでも車が衝突を回避して止まるようになれば、多くの人命が救われるはずです。自動ブレーキの性能は年々向上していますが、完璧な自動ブレーキシステムは実現していないため、ある程度はその技術内容を理解する方が望ましいでしょう。自動ブレーキシステムに必須のセンサーについて紹介します。

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自動ブレーキシステムのセンサーは?

自動ブレーキシステムには、車の周囲に存在する人、他の車、道路や様々な障害物(物体)を検知する目に相当するセンサーが必須です。障害物を正確に、早期に検知することが衝突回避の第一歩だからです。既に実用化し、利用されている主要なセンサーは、LiDAR、カメラ、ミリ波レーダーです。これらにはそれぞれ長所・短所があり、完璧なセンサーは無いため、高度な自動ブレーキシステムではこれらを組み合わせて使用しています。

次項以降でそれぞれについて解説します。

自動ブレーキシステムのセンサー:LiDAR

LiDARとは、「Light detection and ranging」の略で、光(主に赤外光)を使用するセンシング技術です。レーザー光のパルスを対象物に照射し、反射して戻ってきた光を検出して対象物までの距離を計測します。光は高速で進むため、レーザーを光を出射してからナノ秒オーダーで戻ってくる光を計測できる、高速応答性の受光素子が使用されます。距離を計測する精度が高く、他のセンサーよりも優れているため、クルーズコントロール用センサーとしても早期から普及しています。

自動ブレーキ用のレーザー光としては、近赤外域の波長900nmが使用されています。次世代LiDARでは波長1,500nm付近なども研究開発が進められています。

後述するミリ波レーダーに比べ、波長が短く、指向性が高いため、レーザー光をセンシングしたい方向へスキャンすることにより、高分解能の情報を得ることができるが、現在実用化されているものはコスト等の関係でまだそれほど分解能は高くないようです。

また指向性が高い光を用いるため、雨や雪に弱いという短所があります。


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自動ブレーキシステムのセンサー:カメラ

CMOS画像センサーなどをもちいらカメラによるセンシングシステムも利用されています。スマホなどのカメラが高性能化していることからも分かるように、高性能なCMOS画像センサーを使用すれば高分解能な情報が得られます。また色の識別にも高い能力を発揮します。

距離はカメラを2台使用するステレオカメラシステムにより測定します。これは2台のカメラによる「視差」を利用するものであるため、2台のカメラの設置間隔に精度が依存します。また距離が大きくなるほど視差が小さくなるので、測定精度が低くなります。

LiDARと同様に、基本的には光による情報をCMOS画像センサーにより検知しているため、指向性が高い光の特性により雪や霧に弱いという短所があります。また透明なガラスなども対象物として検出し難いです。

自動ブレーキシステムのセンサー:ミリ波レーダー

ミリ波レーダー(Radio Detection and Ranging(RADAR))は、ミリ波と呼ばれる波長1~10mm、周波数30G~300GHzの電磁波を用いたレーダーです。仕組みは、前述のLiDARの光をミリ波に置き換えたものと言えます。光よりも、波長の長い電磁波を用いますので、指向性が低く、雨、雪、霧などに強いという長所があります。特に距離と相対速度を測定するのは得意です。また透明なガラスでも検出できます。

しかし、ミリ波の指向性が低いために、空間の分解能が低くなります。現在、この弱点を補うために、フェーズドアレイ技術を利用した次世代ミリ波レーダーなども開発されています。将来、コストダウンと小型が進めば、市販の自動車にも搭載される日が来るかもしれません。

まとめ

自動ブレーキシステムに搭載されている主要なセンサーのLiDAR、カメラ、ミリ波レーダーについてのその長所と短所を簡単に紹介しました。いずれのセンサーも、次世代型の研究開発が進められており、将来は3種を組み合わせるのではなく、いずれか1つで十分なほどの性能を発揮するものが登場する可能性もあります。少しでも悲惨な交通事故の抑制に役立ってくれると嬉しいですね。

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