SLAMの特徴:vSLAMとLidarの比較

位置情報技術入門

SLAMにはさまざまな特徴があり、どれが自分に合っているかを知ることが重要です。LIDARは光センサーであり、様々な方向にレーザーを照射して周囲の物体に関する情報を収集するもので、今日ではこの技術が自律走行車に使われています。
カメラは主要な特徴を捉えるため、視覚データに適したセンサーです。この情報は保存され、その対象物が再び現れたときに使用されます。
レーダーとLIDARは似たような技術ですが、LIDARは、物体の距離を測定する光技術を使用し、レーダーは装置に跳ね返ってくる電磁波を使用しています。警察は、このようにレーダーガンを使用して車の速度を検出しています。
LIDARにはいくつかの種類があります。ソリッドステートLIDARは光のアレイを使ってその戻りを測定し、3DLIDARは、3Dビューを得るために回転するレーザーの視野を使用しています。
LIDARの長所の1つは、アクティブなセンシングソースであることで、夜間の運転やナビゲーションに最適ですが、カメラにはそのような機能がないため、使用は昼間に限られてしまいます。
LIDARの最大の短所はコストです。ここ数年で大幅に改善したとはいえ、カメラよりもコストがかかってしまいます。

以下のビデオでは、ビジュアルSLAM(以下vSLAM)とLIDARの比較、長所と短所について説明していますのでご覧ください。

動画テキスト
vSLAMとLIDARの比較:
一口にSLAMと言っても、タイプによって特徴が異なっています。
LIDAR SLAMとvSLAMはその一例です。通常、慣性センサーはどの方向に向かっているかを教えてくれますが、さらに、それに何らかの視覚センサーや光センサーを追加して使われています。

通常、使用される光センサーはLIDARですが、これはレーザーをさまざまな方向に照射し、そのスキャンからの反射を使用して、基本的に周囲の物体の形状を照合するものです。
もし、あなたが見たことのある切り欠きのある建物や、木、車などがあれば、LIDAR SLAMはその情報を使ってそれらのスキャンを照合し、さらにそれを重ね合わせることで、基本的にあなたがそのような状況にいた可能性が最も高い状況を最適化していきます。
一方で、カメラではキーとなる特徴、つまりコーナーのようなものを利用しています。つまり、使うのは視覚データであるために、LIDARとは異なるタイプの情報を使うことができるのです。
vSLAMでは、カメラストリームから得られるユニークな特徴(コーナーや縁など)を利用しています。そのユニークな形状がどのようなものかを説明するのに役立つ情報を保存しておくことで、後でその形状を見たときに、それが別の角度から見たものであっても、その形状を前に見たものと一致させることができるのです。
LIDARはレーダーに似ていますが、これは光を使った技術になります。私たちは皆、車のスピードの出し過ぎの際に、警察がレーダーガンを用いて電磁波を発射し、それが跳ね返ってくる様子を監視していること知っていますが、その信号が戻ってくるまでの時間を測定することで、あなたとの距離を知り、あなたの速度を計算することができてしまうのです。
LIDARもまったく同じことを光で行います。レーザーが照射され、その信号が戻ってくるのをセンサーが捉え、その時間に基づいて、何かがどのくらい遠くにあるかを測定するのです。
通常、LIDAR にはいくつかの種類があり、ソリッドステート LIDARには可動部分がありませんが、さまざまなエリアに一連の光を発射してその反射を測定し続けます。一方で回転 LIDARでは、通常、回転する小さなレーザーが視野を捉え、進みながら光を発射し続けますが、これは、周囲全体の 3D ビューをさらに広げることを可能とするものです。
LIDAR が適している中での大きな市場は自動運転車分野です。 最近の多くの開発で、道路を走行している車の上部に回転する小さな円形または円筒形のものが付いているのを見たことがあるでしょう。通常、それが LIDAR であり、最近 ではWaymo、Uber、Ford、GM の Crews など、TESLA を除くほぼすべてのメーカーがLIDAR を使用しています。
LIDARの大きな特徴のひとつは、アクティブ・センシング・ソースであるということです。LIDARは実際に光を発射し、それを再び受信しますが、夜間の運転やナビゲーションを行う場合、昼間の光に完全に頼る必要がないので、これは大きなメリットになります。カメラの場合だと、昼間に運転しなければならないのですから。
赤外線カメラはLIDARと似たようなもので、赤外線を照射し、それをまた受信します。赤外線カメラには赤外線スペクトルのフラッシュライトが用いられ、それを照射して感知します。
LIDARにはいくつかの欠点がありますが、現在のところ最大のものはコストです。LIDARは新しい技術で、以前は非常に高価なものでした。ここ数年でだいぶ下がってきましたが、それでもカメラと比べると割高になってしまいます。
もう一つの欠点は、深さ方向に関する多くの情報を持っていながら、カメラが持っている色のような他の情報を持っていないということです。ただ、似たような反射率は得ることができるため、車線標示がどの程度反射しているかに基づいて車が車線標示を確認できますが、フルカラーのカメラとは異なったものになってしまいます。
GPSや全地球測位が利用できない、あるいはまったく利用できないような環境下で運用するのであれば、vSLAMを検討すべきでしょう。

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