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无人机避障功能是怎么实现的?

现在市面上主流的电动多旋翼无人机避障系统主要有三种,分别是超声波、tof(激光雷达测距的一种)以及视觉测距。最受关注的国内三家无人机厂商最近相继都推出了自己的新品,并且分别使用到了这三种系统其中一种或两种。
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  现在市面上主流的电动多旋翼无人机避障系统主要有三种,分别是超声波、tof(激光雷达测距的一种)以及视觉测距。最受关注的国内三家无人机厂商最近相继都推出了自己的新品,并且分别使用到了这三种系统其中一种或两种。

  其中,零度在ces2016上发布的xplorer 2,采用的是tof测距方案。

  无人机上的“蘑菇头”就是自动避障模块,该避障模块可以实现在6m有效避障距离内,以每秒50次的速率实现360°全方位扫描。那么什么是tof测距呢?它是激光雷达测距的一种,tof是time of flight的简写,直译为飞行时间。所谓飞行时间法3d成像,是通过给目标连续发送光脉冲,然后用传感器接收从物体返回的光,通过探测光脉冲的飞行时间来得到目标物距离。使用这种方式光波容易受到干扰,系统发出的光,必须避开太阳光的主要能量波段,从而避免太阳光的直射、反射等对避障系统造成干扰。该原理需要非常精准的时间测量,需要专用处理芯片,而芯片价格则较为高昂。

  昊翔typhoon h采用了realsense方案,realsense属于“单目+结构光”,即单个摄像头加结构光发射器构成深度摄像头。不过结构光却是个“见光死”,“结构光只适合暗环境、室内。

  大疆精灵4的视觉避障,比上述避障方案,更为复杂一些,采用的是双目视觉+超声波双目的测距原理。在说明它的原理前,我们先来做一个小实验,我们用胶带纸遮住一个避障摄像头,看看会发生什么。“系统识别到了前视感知系统被部分遮挡或障碍物距离太紧“,自动切换”姿态模式“,其实就相当于避障系统失效了。为什么只是遮挡了一个摄像头就失效了呢?因为如果我们蒙上一只眼睛,就会发现很难判断你与物体之间的距离。而所谓双目视觉就像我们人类的两个眼睛,看到的图像不一样,假如同一个点,两个眼睛看到两张图像是存在差异的,而通过三角测距是可以测出这个点的距离。

  精灵4的在避障功能上的一个创新点在于,在室内双目视觉弱一些的时候,可以使用超声波辅助,而由于在室外双目视觉运算量太大了,总会有漏掉的部分,这时超声波也可作为补充。超声波的特点是用来测距离很准确,但是不能形成各个点之间的深度信息,它只能测一个大概的距离。但是用双目视觉或结构光我可以测出哪个点的深度信息。而无人机在室外主要就是避障,比如只要知道前方有树就行了。然后在室内,有人用来定高,因为无人机要悬停,而gps在室内的信号比较弱。

  那么精灵4的双视觉避障是100%的安全吗?让我们来做另外一个实验。当我们正对着障碍物飞行时,在距离障碍物2米时,就会自动悬停,可是当我们倒退飞行、侧飞时,避障系统未能识别到障碍物。这是因为精灵4的避障系统只能够识别前方0.7—15米的障碍物,水平视角为60°,而垂直视角只有54°。而我们人类在不转头的情况水平视角约120°,所以大家应该可以知道精灵4的这个避障范围其实很窄的。那为什么大疆不在后面和侧面也都加上摄像头呢?因为要同时处理来自四面八方的图像信号,大约需要4-8颗8核以上的高性能处理器,即便成本不是问题,耗电也是问题啊!

  通过以上的介绍,希望可以让大家了解到目前各种无人机避障技术的优势和限制,大家可以根据自己的需要来选择更为合适的无人机,目前来看还没有百分之百尽善尽美的避障技术,但是已经是一个非常不错的开端,而大疆作为无人机领域的领军者,也让我们看到中国企业在科技创新上的突破。

  另外,很多网友都说这种无人机只是高级的玩具,对于这个观点,我有一点不同的意见,是否是玩具取决于是否有实际的应用价值,现在许多影视作品都是采用的无人机拍摄,而这些拍摄的画面视角很多是过去很难实现的。所以这就是它的价值所在,并不是只有军用无人机才可以叫无人机啊。有没有用并不在于它的体积大小不是?这样东西的技术突破是值得我们报以更多的尊重的,而不是简单的一句呵呵不过只是玩具而已来评价它的存在。当然啦,如果你就是有钱任性,像有些豪也管跑车叫玩具啊,但是你不能否认跑车也是交通工具不是?

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