Mecanisme d'interacció d'ones electromagnètiques i restriccions de dimensions físiques
La raó principal de l'escàs dels núvols de punts del radar d'ones mil·límetres prové de les lleis físiques bàsiques de l'òptica de les ones i l'electromagnetisme. La banda de freqüència de treball principal del radar d'ona mil·limètrica-muntada al vehicle és de 77 GHz a 79 GHz, i la longitud d'ona corresponent és d'uns 3,8 mm a 3,9 mm.
Segons la teoria de la reflexió de les ones electromagnètiques, la rugositat relativa de la superfície de l'objecte determina les característiques de l'eco. Quan la longitud d'ona de detecció és molt més gran que la mida d'ondulació de la superfície de l'objecte, la superfície apareix com una superfície quasi-mirall des de la perspectiva de les ones electromagnètiques, i la reflexió resultant segueix la llei de Snell, és a dir, l'angle incident és igual a l'angle de reflexió.
A les escenes de carreteres urbanes, les superfícies metàl·liques dels cotxes, els murs cortina de vidre dels edificis i els paviments plans d'asfalt són gairebé totes "superfícies de mirall" per a ones mil·límetres amb longituds d'ona properes als 4 mm.
Aquesta reflexió especular fa que la major part de l'energia electromagnètica es dissipi en una direcció lluny del radar d'ones mil·límetres-, amb només una quantitat molt petita d'energia que es transmet a l'antena receptora mitjançant la difracció a la vora de l'objecte, la reflexió secundària de l'estructura del reflector de la cantonada o la retrodispersió des d'una incidència normal.
En canvi, la longitud d'ona utilitzada per lidar es troba al nivell de 905 nm o 1550 nm, que és tres ordres de magnitud més petit que les ones mil·límetres. Moltes superfícies d'objectes són rugoses per als làsers i poden produir una reflexió difusa uniforme, garantint així que totes les parts de la superfície de l'objecte puguin reflectir punts d'eco.
A més de les diferències en els patrons de reflexió, la constant dielèctrica i la conductivitat del propi material també afecten la riquesa del núvol de punts. Com a bon conductor, el metall té una reflectivitat extremadament alta per a les ones mil·límetres, de manera que els vehicles, les baranes i altres objectes poden formar punts de detecció relativament estables. Per a objectius no-metàl·lics com els vianants el component principal dels quals és la humitat, el mecanisme d'absorció i dispersió de les ones mil·límetres és més complex.
Tot i que el contingut de carboni del cos humà fa que sigui una mica reflectant a la banda d'ona mil·limètrica, perquè la forma superficial del cos humà és extremadament irregular i no té una gran àrea d'estructura de reflexió plana o angular, l'energia es dispersa fàcilment en múltiples direccions, fent que la intensitat de l'eco fluctuï violentament.
Alguns estudis han fet experiments sobre això. L'ús de models de cos humà recoberts de carboni-pot simular les característiques de reflexió dels vianants. Tanmateix, tot i així, quan les extremitats del vianant es troben en un angle respecte al raig de radar, un gran nombre de senyals de radiofreqüència es desviaran en lloc de retornar-los. Això també explica per què a la vista del radar d'ones mil·límetres-, el núvol de punts de vianants no només és escàs, sinó que sovint també falten parts.
Les limitacions de l'obertura del maquinari i la resolució angular agreugen encara més la discretització de la percepció espacial. La capacitat del radar d'ona mil·limètrica per distingir objectius adjacents està limitada per la resolució angular de l'antena, que està determinada físicament per la relació entre la longitud d'ona i l'obertura equivalent de l'antena.
Limitada per l'espai d'instal·lació del vehicle, la mida física de les antenes de radar d'ona mil·limètrica no es pot ampliar infinitament. Això fa que la resolució angular horitzontal dels radars d'ones mil·límetres tradicionals només es mantingui entre 5 i 10 graus, i la majoria d'ells no tenen la capacitat de percebre angles de pas.
Això vol dir que dins d'un ampli rang de feix, fins i tot si hi ha diversos centres de reflexió, el radar d'ones mil·limètriques pot fusionar-los en un sol punt de sortida a causa d'una resolució insuficient. Aquesta ineficiència a nivell de "mostreig espacial" limita fonamentalment el nombre de núvols de punts que es poden generar en un espai unitari, cosa que fa impossible que el radar d'ones mil·limètriques-construeixi models tridimensionals detallats mitjançant l'exploració de raig làser dens com el lidar.
