Onderzoekers hebben het eerste op LiDAR gebaseerde augmented reality head-up display ontwikkeld voor gebruik in voertuigen. Tests met een prototypeversie van de technologie suggereren dat het de verkeersveiligheid zou kunnen verbeteren door objecten te 'doorzien' om te waarschuwen voor mogelijke gevaren zonder de bestuurder af te leiden.

De technologie, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Cambridge, de Universiteit van Oxford en University College London (UCL), is gebaseerd op LiDAR (lichtdetectie en -bereik), en gebruikt LiDAR-gegevens om ultra high-definition holografische representaties van wegobjecten te creëren die rechtstreeks naar de ogen van de bestuurder worden gestraald, in plaats van 2D-voorruitprojecties die in de meeste head-up displays worden gebruikt.

Hoewel de technologie nog niet in een auto is getest, vroege testen, op basis van gegevens verzameld in een drukke straat in het centrum van Londen, toonde aan dat de holografische beelden in het gezichtsveld van de bestuurder verschijnen in overeenstemming met hun werkelijke positie, het creëren van een augmented reality. Dit kan met name handig zijn wanneer objecten zoals verkeersborden worden verborgen door grote bomen of vrachtwagens, bijvoorbeeld, waardoor de bestuurder door visuele obstakels kan 'kijken'. De resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Optica Express .

"Head-up displays worden geïntegreerd in geconnecteerde voertuigen, en meestal projecteren ze informatie zoals snelheid of brandstofniveau direct voor de bestuurder op de voorruit, die hun ogen op de weg moeten houden, " zei hoofdauteur Jana Skirnewskaja, een doctoraat kandidaat van Cambridge's Department of Engineering. "Echter, we wilden een stap verder gaan door echte objecten weer te geven in panoramische 3D-projecties."

Skirnewskaja en haar collega's baseerden hun systeem op LiDAR, een teledetectiemethode die werkt door een laserpuls uit te zenden om de afstand tussen de scanner en een object te meten. LiDAR wordt veel gebruikt in de landbouw, archeologie en aardrijkskunde, maar het wordt ook getest in autonome voertuigen voor het detecteren van obstakels.

Met behulp van LiDAR, scanden de onderzoekers Malet Street, een drukke straat op de UCL-campus in het centrum van Londen. Co-auteur Phil Wilkes, een geograaf die normaal gesproken LiDAR gebruikt om tropische bossen te scannen, scande de hele straat met behulp van een techniek die terrestrische laserscanning wordt genoemd. Miljoenen pulsen werden uitgezonden vanuit meerdere posities langs Malet Street. De LiDAR-gegevens werden vervolgens gecombineerd met puntenwolkgegevens, het maken van een 3D-model.

"Op deze manier, we kunnen de scans aan elkaar naaien, een hele scène bouwen, die niet alleen bomen vangt, maar auto's, vrachtwagens, mensen, tekens, en al het andere dat je zou zien op een typische stadsstraat, " zei Wilkes. "Hoewel de gegevens die we hebben vastgelegd afkomstig waren van een stationair platform, het is vergelijkbaar met de sensoren die in de volgende generatie autonome of semi-autonome voertuigen zullen zitten."

Toen het 3D-model van Malet St was voltooid, de onderzoekers transformeerden vervolgens verschillende objecten op straat in holografische projecties. De LiDAR-gegevens, in de vorm van puntenwolken, werd verwerkt door scheidingsalgoritmen om de doelobjecten te identificeren en te extraheren. Een ander algoritme werd gebruikt om de doelobjecten om te zetten in door de computer gegenereerde diffractiepatronen. Deze datapunten werden geïmplementeerd in de optische opstelling om 3D holografische objecten in het gezichtsveld van de bestuurder te projecteren.

De optische opstelling is in staat meerdere lagen hologrammen te projecteren met behulp van geavanceerde algoritmen. De holografische projectie kan op verschillende groottes verschijnen en is uitgelijnd met de positie van het weergegeven werkelijke object op straat. Bijvoorbeeld, een verborgen straatnaambord zou verschijnen als een holografische projectie ten opzichte van zijn werkelijke positie achter de obstructie, fungeren als waarschuwingsmechanisme.

In de toekomst, de onderzoekers hopen hun systeem te verfijnen door de lay-out van de head-up displays te personaliseren en hebben een algoritme gecreëerd dat meerdere lagen van verschillende objecten kan projecteren. Deze gelaagde hologrammen kunnen vrij in de zichtruimte van de bestuurder worden geplaatst. Bijvoorbeeld, in de eerste laag, een verkeersbord op een grotere afstand kan op een kleiner formaat worden geprojecteerd. In de tweede laag, een waarschuwingsbord op kortere afstand kan op een groter formaat worden weergegeven.

"Deze gelaagdheidstechniek zorgt voor een augmented reality-ervaring en waarschuwt de bestuurder op een natuurlijke manier, "Zei Skirnewskaja. "Elk individu kan verschillende voorkeuren hebben voor hun weergave-opties. Bijvoorbeeld, de vitale gezondheidssignalen van de bestuurder konden op een gewenste locatie van het head-up display worden geprojecteerd.

"Panoramische holografische projecties kunnen een waardevolle aanvulling zijn op bestaande veiligheidsmaatregelen door wegobjecten in realtime weer te geven. Hologrammen dienen om de bestuurder te waarschuwen, maar zijn geen afleiding."

De onderzoekers werken nu aan het miniaturiseren van de optische componenten die in hun holografische opstelling worden gebruikt, zodat ze in een auto passen. Zodra de installatie is voltooid, voertuigtests op de openbare weg in Cambridge worden uitgevoerd.