Khi nghĩ về việc lái xe, bạn có thể hình dung ra hình ảnh con đường, những chiếc xe khác, người đi bộ và biển báo giao thông—tất cả những thứ cần thiết để tránh tai nạn hoặc thực hiện những khúc cua mượt mà.

Nhưng đối với xe tự lái, nhiệm vụ này trở nên phức tạp hơn nhiều. Thay vì dựa vào mắt và bản năng của người lái, xe tự hành sử dụng sự kết hợp của các cảm biến và camera để hiểu môi trường xung quanh.

Hai trong số những công nghệ quan trọng nhất giúp hiện thực hóa "tầm nhìn" này là LIDAR (Công nghệ phát hiện và đo khoảng cách bằng ánh sáng) và camera. Những công cụ này đóng vai trò then chốt trong việc giúp xe tự lái hiểu thế giới xung quanh và đưa ra những quyết định cần thiết để lái xe an toàn.

LIDAR là gì và hoạt động như thế nào?

LIDAR là một trong những thành phần thiết yếu nhất trong bộ cảm biến của xe tự lái. Hãy coi nó như “đôi mắt” 3D của xe, sử dụng tia laser để lập bản đồ môi trường theo thời gian thực. LIDAR phát ra các xung ánh sáng nhanh (tia laser) và đo thời gian mỗi xung phản xạ trở lại cảm biến. Bằng cách phân tích các phép đo thời gian này, xe có thể tạo ra bản đồ 3D chi tiết về môi trường xung quanh, xác định chướng ngại vật, điều kiện đường xá và thậm chí cả hình dạng của các phương tiện khác.

Ưu điểm của LIDAR:

1. Độ chính xác: LIDAR có thể tạo ra bản đồ môi trường chi tiết, chính xác cao, thậm chí phát hiện các vật thể nhỏ như mảnh vụn trên đường hoặc những thay đổi nhỏ về địa hình.

2. Tầm nhìn ban đêm: Không giống như camera, LIDAR không phụ thuộc vào ánh sáng để hoạt động, giúp nó hiệu quả khi lái xe ban đêm hoặc trong điều kiện ánh sáng yếu.

3. Khả năng hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết: LIDAR ít bị ảnh hưởng bởi các điều kiện thời tiết bất lợi như sương mù hoặc mưa, những điều có thể làm suy giảm hiệu suất của các hệ thống dựa trên camera.

Tuy nhiên, LIDAR không hoàn hảo. Hạn chế chính của nó là phạm vi và chi phí. Mặc dù rất tốt trong việc xác định các vật thể ở gần, nhưng nó gặp khó khăn với các vật thể ở xa, và cảm biến LIDAR có thể tốn kém khi lắp đặt trên xe.

Sức mạnh của camera trong lái xe tự động

Trong khi LIDAR cung cấp hình ảnh 3D chính xác về môi trường, camera cho phép xe tự lái nhận biết màu sắc, hình dạng và kết cấu. Camera rất cần thiết để phát hiện đèn giao thông, biển báo đường phố, vạch kẻ đường và các tín hiệu trực quan khác cần thiết cho việc lái xe an toàn.

Lợi ích của camera:

1. Nhận dạng đối tượng: Camera cho phép xe "nhìn thấy" các vật thể trong môi trường, nhận dạng người đi bộ, người đi xe đạp và các phương tiện khác. Chúng hoạt động tương tự như thị giác của con người, diễn giải các mẫu hình ảnh và vật thể dựa trên ánh sáng.

2. Tín hiệu và biển báo giao thông: Camera lý tưởng để nhận diện tín hiệu giao thông, biển báo dừng và các chỉ dẫn quan trọng khác, giúp xe tuân thủ luật giao thông và điều hướng tại các giao lộ.

3. Hiệu quả về chi phí: Camera rẻ hơn nhiều so với LIDAR và dễ lắp đặt hơn, khiến chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn đối với nhiều nhà phát triển xe tự lái.

Tuy nhiên, camera cũng có những hạn chế đáng kể. Hiệu suất của chúng có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi điều kiện thời tiết xấu, như mưa lớn hoặc sương mù, và chúng có thể gặp khó khăn trong điều kiện ánh sáng yếu, chẳng hạn như lái xe ban đêm. Ngoài ra, khả năng tạo bản đồ 3D đầy đủ về môi trường của chúng bị hạn chế so với LIDAR.

Sự kết hợp giữa LIDAR và camera

Mặc dù cả LIDAR và camera đều mạnh mẽ khi sử dụng riêng lẻ, nhưng khi kết hợp với nhau, chúng cung cấp sự hiểu biết phong phú và chính xác hơn nhiều về môi trường. Sự kết hợp của các công nghệ này cho phép xe tự lái khắc phục những hạn chế của từng hệ thống riêng lẻ.

Cách chúng phối hợp hoạt động:

1. Thế mạnh bổ sung: LIDAR cung cấp các phép đo khoảng cách chính xác và khả năng nhận biết độ sâu, điều cần thiết để phát hiện chướng ngại vật trong không gian 3D. Mặt khác, camera giúp xe hiểu màu sắc và kết cấu của các vật thể, chẳng hạn như nhận diện quần áo của người đi bộ hoặc đèn giao thông màu đỏ.

2. Tính dự phòng cho sự an toàn: Việc tích hợp cả hai hệ thống cho phép tính dự phòng—nếu một hệ thống gặp sự cố, hệ thống kia có thể can thiệp để ngăn ngừa lỗi hoặc tai nạn. Ví dụ, trong khi camera có thể gặp khó khăn trong điều kiện sương mù, hệ thống LIDAR vẫn có thể phát hiện chướng ngại vật, đảm bảo xe vẫn đi đúng hướng.

3. Khả năng ra quyết định được nâng cao: Với cả LIDAR và camera hoạt động cùng nhau, xe có thể đưa ra quyết định tốt hơn trong thời gian thực. Ví dụ, nếu camera phát hiện biển báo dừng, LIDAR có thể xác nhận vị trí của biển báo, đảm bảo xe biết chính xác vị trí của nó trên đường.

Ứng dụng thực tế: Xe tự lái sử dụng những công cụ này như thế nào

Về mặt thực tế, xe tự lái dựa vào một bộ cảm biến và camera để điều hướng trong thế giới. Khi bạn ở trong xe, bạn có thể không nhận thấy, nhưng các hệ thống này liên tục hoạt động để làm cho việc lái xe an toàn hơn. Ví dụ, nếu một chiếc xe tự lái đang đến gần một giao lộ, nó sẽ sử dụng camera để xác định đèn giao thông, LIDAR để lập bản đồ giao lộ và các vật thể xung quanh, và radar để phát hiện bất kỳ phương tiện hoặc người đi bộ nào ở gần đó.

Sự kết hợp của các công cụ này cho phép xe đưa ra quyết định về thời điểm giảm tốc độ, dừng lại hoặc rẽ.

Ví dụ:

Hãy tưởng tượng chiếc xe đang đến gần một giao lộ vào ban đêm, nơi một người đi bộ đang băng qua đường. LIDAR sẽ tạo ra bản đồ 3D của giao lộ, phát hiện người đi bộ ngay cả khi camera gặp khó khăn trong việc nhìn thấy họ trong điều kiện ánh sáng yếu. Sau đó, xe sẽ giảm tốc độ và dừng lại, nhờ vào sự kết hợp thông tin từ cả hai hệ thống, đảm bảo rằng nó không bao giờ bỏ sót chướng ngại vật hoặc đưa ra quyết định nguy hiểm.

Nhìn về phía trước: Những tiến bộ trong công nghệ nhận thức

Khi công nghệ xe tự lái tiếp tục phát triển, vai trò của các cảm biến như LIDAR và camera sẽ trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực cải thiện khả năng của cả hai hệ thống, giúp chúng trở nên tiết kiệm chi phí hơn, hiệu quả hơn và hoạt động tốt hơn trong mọi điều kiện. Những tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học cũng sẽ cho phép xe tự lái hiểu rõ hơn các tình huống phức tạp và đưa ra các quyết định giống với quyết định của người lái xe hơn.

Trong tương lai gần, chúng ta có thể kỳ vọng sẽ thấy các phiên bản tiên tiến hơn của cả hệ thống LIDAR và camera, với khả năng tích hợp và dự phòng tốt hơn nữa. Những cải tiến này sẽ giúp xe tự lái an toàn hơn, đáng tin cậy hơn và tiến gần hơn đến việc trở thành phương tiện giao thông tiêu chuẩn cho mọi người.

Với sự kết hợp đúng đắn giữa các công nghệ, xe tự lái một ngày nào đó sẽ có thể di chuyển trên đường phố của chúng ta hiệu quả như người lái xe, nếu không muốn nói là hơn thế nữa, tạo ra trải nghiệm lái xe an toàn và hiệu quả hơn cho tất cả mọi người.