Tecnica HADAR

Nel mondo dell’automazione e della guida autonoma, l’innovazione è in costante evoluzione. Uno dei protagonisti in questa corsa all’efficienza è la tecnica HADAR, una tecnologia di rilevamento e stima della distanza assistita dal calore che sta cambiando il modo in cui la termo-radiazione circostante viene convertita in immagini dettagliate con texture e profondità.

HADAR ovvero Heat-Assisted Detection And Ranging

Nel contesto della visione delle macchine spesso il calore viene trascurato a causa alla dispersione continua quando si cercano di ottenere immagini utilizzando telecamere a infrarossi. Tuttavia, di recente, ricercatori provenienti da Purdue University e da Michigan State University hanno sviluppato una tecnica, appunto HADAR che risolve questo problema. In un esperimento dimostrativo, hanno evidenziato che il rilevamento HADAR durante la notte è altrettanto efficace della stereovisione RGB durante il giorno, come confermato dalla loro ricerca pubblicata sulla rivista Nature.

La “stereovisione RGB” è il metodo di acquisizione di immagini tridimensionali utilizzando telecamere che catturano immagini a colori (rosso, verde e blu) da due prospettive leggermente diverse, quindi le combina per creare una rappresentazione tridimensionale dell’ambiente.

La percezione delle macchine si basa sull’utilizzo di sensori avanzati che raccolgono informazioni sull’ambiente circostante per una maggiore consapevolezza della situazione. L’utilizzo di sonar attivi, radar e LiDAR (Light Detection and Ranging) contribuisce in modo significativo a migliorare la visione delle telecamere, ma questi approcci possono risultare limitati quando il numero di agenti intelligenti aumenta.

L’effetto fantasma e la tecnica Hadar

Tuttavia, la termografia deve affrontare sempre il problema della dispersione continua del calore, causando immagini prive di texture, comunemente note come l’effetto “fantasma“. Il rilevamento termico ha quindi limiti di specificità a causa della perdita di informazioni, ma la stima della distanza termica, fondamentale per la navigazione, è rimasta un obiettivo difficile da raggiungere, persino quando combinata con l’intelligenza artificiale (IA).

In questo contesto, la tecnica di rilevamento e stima della distanza assistita dal calore – HADAR – riesce a superare la sfida aperta del “fantasma” e la confronta con la percezione termica migliorata dall’IA. La termografia HADAR automatizzata raggiunge il limite di Cramér-Rao per l’accuratezza della temperatura, superando le tecniche di termografia esistenti. (il valore Cramér-Rao rappresenta un limite inferiore teorico sulla precisione con cui possiamo stimare un parametro sconosciuto utilizzando un set di dati misurati)

HADAR non solo consente di percepire texture e profondità nell’oscurità come se fosse giorno, ma è in grado anche di distinguere attributi fisici privi di confusione rispetto alla visione RGB o termica. Questo apre la strada verso una percezione delle macchine completamente passiva e basata sulla fisica.

Gli studiosi hanno sviluppato una teoria di stima HADAR e affrontato i limiti di fotoni di rumore di shot nella spiegazione delle prestazioni dell’IA basata su HADAR. I risultati dimostrano che HADAR, durante la notte, supera la stima termica e mostra un’accuratezza paragonabile alla stereovisione RGB di giorno.

Applicazioni della tecnica HADAR

“Il nostro lavoro costruisce le basi teoriche dell’informazione della percezione termica per mostrare che l’oscurità trasporta la stessa quantità di informazioni della luce del giorno. L’evoluzione ha reso gli esseri umani prevenuti verso il giorno. La percezione del futuro da parte della macchina supererà questa dicotomia di lunga data tra il giorno e la notte“, ha affermato il professore Jacob Zubin della Purdue University.

I risultati di questa ricerca sono molto importanti per il settore dei veicoli a guida autonoma, poiché offrono la possibilità di ottenere un’immagine chiara dell’ambiente circostante. Ciò che rende ancora più interessante questa tecnica è che si tratta di una misurazione passiva, ovvero vengono misurate le radiazioni termiche naturali emesse dagli oggetti circostanti senza emettere alcun tipo di energia verso di essi. HADAR combina la fisica termica, l’imaging a infrarossi e l’apprendimento automatico per aprire la strada a una percezione della macchina completamente passiva e consapevole della fisica.

I ricercatori confidano che il loro lavoro sia in grado di accelerare la Quarta Rivoluzione Industriale (Industria 4.0) grazie alla navigazione autonoma basata su HADAR e alle interazioni sociali tra umani e robot, caratterizzata dall’integrazione avanzata delle tecnologie digitali, dell’Internet delle Cose (IoT), dell’intelligenza artificiale (IA) e dell’analisi dei dati in tempo reale per prendere decisioni più informate e ottimizzare i processi.