推进防雾安全交通：桑迪亚实验室测试自动驾驶汽车传感器

能在雾中安全运行的自飞无人机和自动驾驶出租车听起来很未来，但桑迪亚国家实验室雾室的新研究正让未来变为现实。

当雾气让人和传感器都难以探测物体时，水、空、陆交通都会变得危险。桑迪亚雾室的研究人员通过计算成像光学新研究，并与NASA先进空中机动研究人员、Teledyne FLIR等合作，在可测量、可重复、按需生成的定制雾中测试传感器，应对这一挑战。

该雾室建于2014年，长180英尺、高10英尺、宽10英尺，内衬塑料薄膜以锁住雾气。测试开始时，64个喷嘴喷洒定制的水盐混合液。随着喷雾扩散，湿度升高形成浓雾。很快，室内观察者无法看清墙壁、天花板或入口，几英尺外的人和物体被气溶胶遮蔽或完全隐藏。

研究人员随时间仔细测量雾气特性，了解其形成和变化。通过调整环境参数，可改变雾气属性以更好匹配自然雾。

化学工程师安德烈斯·桑切斯表示：“我们能测量并完全表征设施产生的雾，并在不同日期重复生成相似雾。测试传感器在雾中性能时，一致且可测量的条件至关重要。”

NASA艾姆斯研究中心研究人员最近到访桑迪亚，进行一系列实验，测试商用传感器在雾中感知障碍物的能力。革命性航空机动小组是NASA变革性工具与技术项目的一部分。

该项目首席工程师尼克·克雷默表示：“我们测试可能用于自主飞行器的感知技术。我们要确保这些飞行器能在空域安全运行。这项技术将取代飞行员的眼睛，我们需要在所有天气条件下实现这一点。”

团队在室内设置固定无人机作为目标，测试各种传感器在雾中感知无人机的效果。

克雷默说：“桑迪亚雾室对该测试至关重要。它让我们能真正调整参数，观察长距离变化。我们能复现与航空航天环境相关的长距离和各种雾型。”他指出，自飞技术的挑战之一是大量小型飞行器将在近距离飞行。

Teledyne FLIR在桑迪亚雾室测试自家红外相机，确定其探测和分类行人及其他物体的效果。Teledyne FLIR汽车工程总监克里斯·波施表示，这些相机可用于改善当今具备自动紧急制动等高级驾驶辅助功能车辆的安全性，以及未来的自动驾驶汽车。

波施说：“自然环境中雾测试非常困难，因为雾气转瞬即逝，水滴大小、一致性和重复性通常差异巨大。桑迪亚雾室能重复生成不同含水量和水滴大小的雾，对全面科学地收集测试数据至关重要。”

桑迪亚和Teledyne FLIR用车辆安全传感器进行了多项性能测试，包括可见光相机、长波红外相机、中波红外相机、短波红外相机和激光雷达。波施表示，结果显示Teledyne FLIR的长波红外相机能在大多数雾中准确探测和分类行人及其他物体，而可见光相机则力不从心。

桑迪亚研究团队近期在《Optics Express》发表论文，描述为期三年项目的当前成果：利用计算成像和光在雾中传播散射的科学原理，创建算法使传感器能在雾中探测、定位和成像物体。

电气工程师兼项目负责人布莱恩·本茨表示：“目前穿透雾和散射光的方法成本高且受限。我们利用光在雾中传播散射的知识，改进传感和态势感知能力。”

本茨说，团队建模了光穿过雾到达物体再到探测器（通常是相机像素）的过程，然后反演模型以估算光源位置和物体特性。通过改变模型，该方法可用于可见光或热光。团队已用该模型在雾中探测、定位和表征物体，项目最后一年将致力于物体成像。