Камера на крыше уточнила курс по поляризации неба
Солнечный свет, рассеянный атмосферой, приходит с разных участков неба с разной ориентацией поляризации. Для глаза этот рисунок почти невидим, а сенсор с микрополяризаторами видит его как поле углов. Если повернуть камеру вместе с машиной, поле повернётся относительно Солнца и небесной геометрии. На этом эффекте исследователи построили датчик коррекции курса автомобиля.
Матрица, которая видит ориентацию света
На крыше машины установили поляризационную камеру LUCID PHX050S-P/Q, смотрящую в зенит. Её матрица закрыта мозаикой микрополяризаторов с четырьмя ориентациями: 0°, 45°, 90° и 135°. Из четырёх соседних отсчётов вычисляются параметры Стокса, угол поляризации AoP и степень поляризации DoP. Камера снимала кадр 2048×2448 раз в 200 мс через объектив 3.5 мм с полем зрения около 120°.
Для каждого кандидата на yaw программа строит ожидаемую карту AoP: берёт положение Солнца, направление каждого луча из pinhole-модели и однократное рэлеевское рассеяние в атмосфере. Затем она перебирает поворот камеры, сравнивая синтетическую карту с измеренной. Пиксели с низкой DoP получают малый вес: это отсеивает участки, где поляризационный рисунок испорчен облаком, бликом, зданием или слабым сигналом.
Сравнение с небом, рассчитанным для каждого поворота
На трёх последовательных маршрутах в Кингстоне, Онтарио, авторы получили RMS-ошибку yaw 0.889°, 0.718° и 0.760°. Эталоном служила связка NovAtel PwrPak7, двух GNSS-антенн, IMU µIMU-IC и TerraStar Pro, выдававшая ориентацию с частотой 50 Гц. Для такой задачи это существенно: небесная камера ловит именно геометрическую подпись внешнего мира, тогда как MEMS-гироскоп со временем уходит из-за дрейфа.
Субградусная поправка рядом с известным курсом
Однако эксперимент проверял локальную подстройку, а не поиск направления с чистого листа. Перебор yaw был намеренно ограничен окном ±5° вокруг курса, уже известного GNSS/INS-системе, с шагом 0.1°. Поэтому заявленная субградусная точность говорит о способности подтянуть почти верную ориентацию; одна камера пока не доказала, что способна выбрать правильный азимут из полного круга в машине без спутников.
Что ещё не доказано
Остаются и оптические вопросы. Реальная камера работала с объективом 3.5 мм, однако в pinhole-модели использован параметр фокусного расстояния 8 мм, подобранный приблизительно; полноценную калибровку внутренних параметров авторы не проводили. Три заезда состоялись в один солнечный день с небольшими облаками. Дождь, плотная облачность, дымка, снег и ночное небо для метода пока остаются открытым испытанием. Но сам канал измерения уже выглядит красиво: вместо маяка или карты автомобиль использует поляризационную структуру света, которую атмосфера рисует над дорогой.