Blickfeld Cube 1 LiDAR sensor mounted tripod

LiDARセンサーに関する神話を論破する – パート2

LiDARテクノロジーは、多くのテクノロジーやアプリケーションの構成要素として機能していますが、いくつかの神話や誤った推測に悩まされてきました。このブログシリーズの第二部として、LiDARに関する一般的な神話をさらに取り上げ、その嘘を暴きます。
Florian Petit Blickfeld founder

LiDARセンサーは、多くのセンサー系アプリケーションのキーテクノロジーであることが証明されていますが、同時に多くの不当な誤解や神話を引き寄せています。ここでは、ブログシリーズの第2部として、LiDARに関するより一般的な神話を取り上げ、論破しています。第一部はこちらでご覧いただけます。

1. 神話:LiDARはプライバシー保護の観点ではカメラと同じ

カメラとは異なり、LiDARは色情報を記録しません。3次元の距離データのみを取得して点群データを作成するため、プライバシーを保護しながらシーン全体を匿名化した画像を生成することができます。

近年、センサーの普及に伴い、プライバシーの問題がクローズアップされています。例えば、世界中のスマートシティ・プロジェクトでは、データの収集と利用をめぐって論争が起きており、欧州連合では、権威者がその利用を調査・規制するまで、公共空間での顔認識テクノロジーの禁止を検討しているほどです。

その主な理由は、センサーが人物の写真を撮影・保存し、そのデータを顔認証に使用することにあります。監視や識別のアプリケーションを使用することの利点に関する議論は、実に困難な社会的謎ですが、LiDARテクノロジーはプライバシー侵害の懸念を打ち消す極めて重要な役割を果たすことが期待されています。

LiDARは、点群データを解析するアルゴリズムにより、高い信頼性と正確度で歩行者、車両、その他の物体を追跡することができます。しかし、LiDARは色情報を記録せず、点群を作成するための3次元距離データのみを取得します。そのため、シーン全体を匿名化した画像を生成することができ、境界セキュリティや群衆管理、人数のカウントなど、プライバシーに配慮したアプリケーションで非常に有効なセンサーです。

Blickfeld LiDAR detecting two people hugging while keeping their identities entirely anonymous
抱き合っている2人の人物を身元を特定せずにLiDARで検出

LiDARセンサーが、人々の完全な匿名性を維持しながらデータを取得・処理する方法については、こちらのブログ記事で詳しくご紹介しています。

2. 神話:iPhone用LiDARと大型LiDARは似たような機能を持つ

採用されているLiDARセンサーの種類、スキャン範囲、iPhone用LiDARの解像度から、従来のスキャンLiDARと同じ機能性を提供することはできません。

Myths about LiDAR IPhone LiDAR vs Conventional LiDAR

先日発表されたiPhone 12 ProとiPad proは、Appleが最新デバイスにLiDARを搭載することを発表し、話題を集めました。iPhone LiDARは、赤外線ドットのスプレーで光パルスの波を送り、物体、人、周囲の小規模な3D深度マップを作成します。これらのドットは、互いの距離を測定し、「点のフィールド」を作成し、次元のメッシュを生成します。この動作原理に聞き覚えがあるとすれば、これは本質的に、過去に使用されたTrueDepthカメラFace ID技術のアップデートに過ぎないからです。

しかし、これらのLiDARは従来のLiDARテクノロジーと同等なのでしょうか?iPhone用LiDARはフラッシュ照明と無走査テクノロジーを採用しており、単一のパルス広発散レーザービームを使って全視野を照明することを意味します。これは、従来のスキャニングLiDARが、平行なレーザー光で視野角内の1点ずつを照射していたのとは対照的です。従来のフラッシュLiDARもありますが、ここではiPhone用LiDARを従来のスキャニングLiDARと比較します。

従来のスキャニングLiDARとiPhone用LiDARの最も顕著な違いは、その測定範囲です。日用品以外のLiDARの用途では、iPhoneよりも高い測定範囲と解像度の性能が求められます。例えば、Blickfeld社のCube 1は最大250mまで測定可能ですが、iPhone用LiDARは5m~10mまでしか測定・解析ができません。

iPhoneによるLiDARの大規模な商用化により、このテクノロジーが脚光を浴び、消費者の親しみが増したことは間違いありません。また、カメラと同様に、半導体エコシステム全体が強化され、光学と電子工学のためのより強固なインフラが構築され、他のLiDARアプリケーションにも活用されるようになるでしょう。iPhoneのLiDARは、それ自体、低照度下でのカメラのフォーカススピードと正確度を確かに向上させます。しかし、今のところ、自律走行車やHDマップの作成といった大規模なアプリケーションに採用することはできません。

 

解像度については、Cube 1のような一般的なスキャニングLiDARは、1秒間に500本以上のスキャンラインをスキャンし、数十万点のデータポイントを生成し、結果として非常に密度の高い点群データを得ることができます。これに対し、iPhone用LiDARは、1フレームあたり最大500データポイントまでしか計測できないとされており、そのため解像度は比較的低くなっています。

3. 神話:LiDARは人間の目には安全ではない

LiDARに関する一般的な俗説のひとつに、LiDARは人間の目にとって安全ではないというものがあります。実際には、すべてのLiDAR製品は、目の安全性を保証するクラス1のアイセーフ(IEC 60825-1:2014)規格に準拠して製造されています。

LiDARの目の安全性は、通常、レーザーの波長だけでなく、様々な要因の組み合わせで決まります。例えば、LiDARの安全性評価はレーザーのピークパワーに大きく依存し、それが特定の波長に対するセンサーの範囲に直接影響します。一般的に、目は905nmの波長のレーザーに対してより敏感です。そのため、この種のレーザーは、アイセーフ領域内にとどまるよう、低いピークパワーで動作させます。

一方、1550nmの波長域で動作するLiDARは、905nmのレーザーよりも高い出力閾値を安全に採用し、アイセーフ領域内に留まりながら、より長い範囲を使用することができます。これは、目の角膜、水晶体、房水、硝子体が1400nm以上の波長を効果的に吸収し、長波長での網膜損傷のリスクを軽減するためです。

重要なことは、このような波長に対するピークパワーのアイセーフな組み合わせは、クラス1アイセーフ(IEC 60825-1:2014)規格で定義されており、波長範囲180nmから1mmまでのレーザーメーカーに拘束され、安全な運用を保証していることです。この規格に準拠ことで、すべてのLiDARはアイセーフとなります。

ネット上では、交差点などで複数のLiDARが同じ波長・位相の電波を発信している可能性が議論されています。では、それらが結合してより高いエネルギーのレーザーが作られ、それがアイセーフでなくなる可能性はないのでしょうか?理論的には、これらのレーザーは建設的に重ね合わせ、振幅を大きくすることができます。つまり、パルスのピークパワー(振幅)が大きくなり、アイセーフ領域を超えてしまう可能性があるのです。

しかし、戸惑うように聞こえるかもしれませんが、現実の世界では事実上不可能です。なぜなら、この高エネルギーレーザーが発生するためには、他のLiDARセンサーが、人間の目の位置に対して、パルス時間、発散角、照射方向などの要素を完全に一致させてレーザーパルスを送らなければならないからです。このため、2つ以上のLiDARの波が空間的・時間的に重なる可能性は極めて低いことになります。

4. 神話:LiDARの用途は非常に限られている

車両管理、農業、セキュリティ、スマートシティなど、LiDARのアプリケーションは無限に広がっています。

iPhoneにLiDARが搭載されたことで、すでに崩れ始めているものの、LiDARはニッチな技術であり、アプリケーションはほんの一握りであるという神話はまだ残っています。これは、LiDARが主流の報道や議論においては一般的に自律走行とのみ関連づけられていることに起因していると思われます。確かに自律走行はLiDARセンサーなしでは考えられませんが、LiDARは他にも様々なアプリケーションに使われており、あらゆる生活の側面と接点を持ちます。

Applications of LiDAR

例えば、農業分野では、農業機械や車両の自動的・自律的な操縦、環境検知、種まきや施肥などの活動の追跡などにLiDARが使用されています。

また、LiDARはセキュリティと安全性のエコシステムにおいて重要な役割を果たします。センサーは、境界セキュリティ、入口やチェックポイントの規制、社会的距離の確保などの用途において、他のセキュリティ技術をサポートし補足するために使用されます。

その他のLiDARアプリケーションは、車両管理から都市の混雑緩和や人数のカウント、群集管理などのスマートシティアプリケーションまで多岐にわたります。

以上、LiDARとそのアプリケーションに関する一般的な誤解や俗説を紹介しました。
テクノロジーの未来を切り開くことにおいて、LiDARセンサーの重要性を否定することはできません。
世界が自動化に向かって進む中、LiDARとそのアプリケーションは間違いなく、より日常的な話題の一部になることでしょう。

Florian Petit Blickfeld founder

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