Mechanizmus interakcie elektromagnetických vĺn a obmedzenia fyzikálnych rozmerov
Primárna príčina riedkosti radarových bodových oblakov milimetrových vĺn vyplýva zo základných fyzikálnych zákonov vlnovej optiky a elektromagnetizmu. Hlavné pracovné frekvenčné pásmo-milimetrových vlnových radarov namontovaných vo vozidle je 77 GHz až 79 GHz a zodpovedajúca vlnová dĺžka je približne 3,8 mm až 3,9 mm.
Podľa teórie odrazu elektromagnetických vĺn relatívna drsnosť povrchu objektu určuje charakteristiky ozveny. Keď je vlnová dĺžka detekcie oveľa väčšia ako veľkosť zvlnenia povrchu objektu, povrch sa z pohľadu elektromagnetických vĺn javí ako kvázi-zrkadlový povrch a výsledný odraz sa riadi Snellovým zákonom, to znamená, že uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu.
V scénach mestských ciest sú kovové povrchy áut, sklenené obvodové steny budov a ploché asfaltové chodníky takmer všetky „zrkadlové povrchy“ pre milimetrové vlny s vlnovou dĺžkou blízkou 4 mm.
Tento zrkadlový odraz spôsobuje, že väčšina elektromagnetickej energie sa rozptýli v smere preč od radaru s milimetrovými{0}}vlnami, pričom len veľmi malé množstvo energie sa prenáša späť do prijímacej antény prostredníctvom difrakcie na okraji objektu, sekundárneho odrazu od štruktúry rohového reflektora alebo spätného rozptylu od normálneho dopadu.
Naproti tomu vlnová dĺžka používaná lidarom je na úrovni 905nm alebo 1550nm, čo je o tri rády menšie ako milimetrové vlny. Mnohé povrchy objektov sú pre lasery drsné a môžu produkovať rovnomerný difúzny odraz, čím sa zabezpečí, že všetky časti povrchu objektu môžu odrážať body ozveny.
Okrem rozdielov v odrazových vzoroch ovplyvňuje bohatosť mračna bodov aj dielektrická konštanta a vodivosť samotného materiálu. Ako dobrý vodič má kov extrémne vysokú odrazivosť pre milimetrové vlny, takže vozidlá, zábradlia a iné predmety môžu vytvárať relatívne stabilné detekčné body. Pre ne-kovové ciele, ako sú chodci, ktorých hlavnou zložkou je vlhkosť, je mechanizmus absorpcie a rozptylu milimetrových vĺn zložitejší.
Hoci obsah uhlíka v ľudskom tele spôsobuje, že je v pásme milimetrových vĺn do istej miery odrazivý, pretože tvar povrchu ľudského tela je extrémne nepravidelný a nemá veľkú plochu rovinnej alebo uhlovej odrazovej štruktúry, energia sa ľahko rozptýli vo viacerých smeroch, čo spôsobuje prudké kolísanie intenzity ozveny.
Niektoré štúdie na to robili experimenty. Použitie modelov ľudského tela-potiahnutých uhlíkom môže simulovať odrazové vlastnosti chodcov. Avšak aj tak, keď sú končatiny chodca v uhle voči radarovému lúču, veľké množstvo rádiofrekvenčných signálov sa odkloní namiesto toho, aby sa vrátili. To tiež vysvetľuje, prečo v zobrazení radaru s milimetrovými-vlnami je mračno bodov chodcov nielen riedke, ale často aj chýbajúce časti.
Obmedzenia hardvérovej clony a uhlového rozlíšenia ešte viac zhoršujú diskretizáciu priestorového vnímania. Schopnosť radaru s milimetrovými vlnami rozlíšiť susedné ciele je obmedzená uhlovým rozlíšením antény, ktoré je fyzikálne určené pomerom vlnovej dĺžky k ekvivalentnej apertúre antény.
Fyzická veľkosť radarových antén s milimetrovými vlnami, obmedzená inštalačným priestorom vozidla, nemôže byť rozširovaná donekonečna. Vďaka tomu sa horizontálne uhlové rozlíšenie tradičných radarov s milimetrovými vlnami udržiava iba medzi 5 stupňami a 10 stupňami a väčšina z nich nemá schopnosť vnímať uhly sklonu.
To znamená, že v širokom rozsahu lúčov, aj keď existuje viacero stredov odrazu, ich môže milimetrový radar zlúčiť do jedného bodového výstupu z dôvodu nedostatočného rozlíšenia. Táto neefektívnosť na úrovni „priestorového vzorkovania“ zásadne obmedzuje počet mračien bodov, ktoré je možné vygenerovať v jednotkovom priestore, čo znemožňuje milimetrovým-vlnovým radarom zostaviť podrobné trojrozmerné modely prostredníctvom hustého laserového lúča skenovania, ako je lidar.
