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什么是無(wú)人機(jī)避障技術(shù) 在消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域?yàn)槭裁椿鸩涣耍?/h1>

發(fā)布時(shí)間:2016-12-22  閱讀:1428次 來(lái)源:南京無(wú)人機(jī)學(xué)校
不知不覺(jué),又快要到新一年度的 CES 了。在 2016 年的 CES?最拉風(fēng)的,莫過(guò)于是 Yuneec 與英特爾合作的 RealSense 無(wú)人機(jī)智能避障表演;然后 XIRO 展出了引入激光避障技術(shù)的 Xplorer 2,也引入了激光避障技術(shù);不久,第一臺(tái)雙目避障的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)?Phantom 4,也在三月正式出貨,揭開(kāi)了無(wú)人機(jī)自動(dòng)避障的時(shí)代。
 不知不覺(jué),又快要到新一年度的 CES 了。

  在 2016 年的 CES?最拉風(fēng)的,莫過(guò)于是 Yuneec 與英特爾合作的 RealSense 無(wú)人機(jī)智能避障表演;然后 XIRO 展出了引入激光避障技術(shù)的 Xplorer 2,也引入了激光避障技術(shù);不久,第一臺(tái)雙目避障的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)?Phantom 4,也在三月正式出貨,揭開(kāi)了無(wú)人機(jī)自動(dòng)避障的時(shí)代。

  避障技術(shù),突然成為消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)界別在 2016 年的關(guān)鍵詞。

什么是無(wú)人機(jī)避障技術(shù) 在消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域?yàn)槭裁椿鸩涣耍? src=

  但在 2016 年年底,英特爾貌似集中精力于專業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)上,而愛(ài)范兒也報(bào)道過(guò),Yuneec 最新一臺(tái)的自拍無(wú)人機(jī) Breeze 上也棄用了英特爾的 RealSense 避障。另一方面,大疆盡管還是大賣,但以自動(dòng)避障為賣點(diǎn)的 Phantom 4,所受的關(guān)注程度遠(yuǎn)不及極度便攜的 Mavic Pro(上圖)。

  消費(fèi)者看起來(lái),對(duì)“自動(dòng)避障”興趣并沒(méi)想 像的那么大,年初大出風(fēng)頭的自動(dòng)避障,也突然由主角變成了跑龍?zhí)住?/p>

  無(wú)人機(jī)避障技術(shù)概況

  無(wú)人機(jī)的障障技術(shù),是怎樣的一回事?

  最初的無(wú)人機(jī),能透過(guò)陀螺儀和加速器,感知無(wú)人機(jī)的平穩(wěn)程度,透過(guò)控制四個(gè)電機(jī)的輸出,穩(wěn)定自身的飛行和懸停形態(tài)。然后,無(wú)人機(jī)引入 GPS 和氣壓計(jì)感器,結(jié)合陀螺儀和加速器定位;GPS 判斷自身的平面位置,氣壓計(jì)判斷自身的垂直高度,再透過(guò)控制電機(jī)輸出,把無(wú)人機(jī)保持在同一平面和垂直點(diǎn)。

  雖然,無(wú)人機(jī)已經(jīng)能成功找到三維的“絕對(duì)定位” (GPS 平面坐、氣壓垂直高度),但如何在四邊不靠的空中,感知四周環(huán)境,知道無(wú)人機(jī)與鄰近事物的“相對(duì)定位” (與周遭四事的距離),成為了業(yè)界的最大課題。誠(chéng)然,最新的一批無(wú)人機(jī)的避障技術(shù),其實(shí)骨子里就也就是:以傳感器判斷周遭事物與自身的距離,然后透過(guò)控制電機(jī)輸出,停止繼續(xù)接近障礙、甚至是繞過(guò)障礙。

  最初,無(wú)人機(jī)常用的測(cè)距方式為“飛行時(shí)間 (TIme of Flight, TOF) ”,無(wú)人機(jī)透過(guò)發(fā)射激光/紅外線/超聲波,然后計(jì)算電波反射到傳感器的時(shí)差,估算障礙與自己的距離;但這種方法感知范圍狹窄、距離也不夠遠(yuǎn)。愛(ài)范兒曾報(bào)道,2016 年的新一批無(wú)人機(jī),主要建基于計(jì)算機(jī)視覺(jué):改用透過(guò)雙目攝影機(jī)或結(jié)構(gòu)光的造成的視差 (Parallax)(上圖),進(jìn)行即時(shí)的三維建模,判定障礙物與無(wú)人機(jī)之間的距離。

  但是,為什么消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的自動(dòng)避障變得先進(jìn)了,但仍然火不起來(lái)?

  避障/飛行,一個(gè)矛盾命題

  避障之所以重要,是因?yàn)檎系K物的存在;沒(méi)有障礙物,根本也不需要避障。

  無(wú)人機(jī)除了是一臺(tái)機(jī)器人,它更是一臺(tái)會(huì)飛的機(jī)器人;要拍機(jī)器人飛上天,為的也是要躲開(kāi)各種地表的障礙,以取得更直接的移動(dòng)路線、或是更廣闊而無(wú)遮擋的視野。簡(jiǎn)言之,避障是要用來(lái)回避障礙,但無(wú)人機(jī)飛得愈高,障礙物就愈少,對(duì)避障的需求就愈來(lái)愈低 。

  所以某程度上,無(wú)人機(jī)加入避障能力,本身還是矛盾命題。

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  為什么消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的自動(dòng)避障技術(shù),最后就火不了?也就是因?yàn)?ldquo;避障/飛行”的矛盾?──?目前消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)仍然以航拍為主。用戶為了拍攝“上帝視角”,需要把無(wú)人機(jī)飛往高空;但在高空里卻沒(méi)有太多的障礙要躲,航拍無(wú)人機(jī)飛行愈高,景色愈壯觀,愈壯觀的景色,愈與避障無(wú)關(guān)(上圖)。

  雖然如此,無(wú)人機(jī)的自動(dòng)避障技術(shù)在航拍上用處不大,但它在行業(yè)無(wú)人機(jī)里仍然十分重要。

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  舉例說(shuō),植保無(wú)人機(jī)針對(duì)的是地面環(huán)境,一般在農(nóng)作物的 1 – 2 米上空噴灑,無(wú)人機(jī)飛高了,就難以集中的噴灑農(nóng)藥;不會(huì)自動(dòng)避障的話,很容易就撞到樹(shù)了。同樣地,專業(yè)電影無(wú)人機(jī)針對(duì)的也是地面的拍攝場(chǎng)景,飛得太高的話,什么俊男美女也變成小豆一顆;但飛得太低,明星們都身嬌肉貴,不個(gè)不小心削到臉皮,誰(shuí)來(lái)負(fù)責(zé)?其余像經(jīng)常穿梭災(zāi)場(chǎng)的救災(zāi)無(wú)人機(jī)、或是巡邏監(jiān)察的安防無(wú)人機(jī),更不在話下了。

  自動(dòng)避障技術(shù)真的沒(méi)有用嗎?

  所以,無(wú)人機(jī)避障絕非沒(méi)用,只是在消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)上,火不了起來(lái)而已。

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  消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī),真的不需要避障嗎?不是的。航拍無(wú)人機(jī)在起飛、降落和和斷線后的自動(dòng)回航的情況下,仍然需要一定程度的避障能力;何況消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的用戶,不少都是新手、是無(wú)人機(jī)的小白,更需要自動(dòng)避障保護(hù)。正如愛(ài)范兒指出,不少新手在操控?zé)o人機(jī)的時(shí)候,最常犯的錯(cuò)誤就搞錯(cuò)操作方向,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是“推前走左、推右走后”,然后撞墻(上圖)。

  然而,由于“視覺(jué)避障”對(duì)計(jì)算能力要求極高,超出消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)所能負(fù)擔(dān)的程度。 即使是高端如 Yuneec Typhoon H、大疆 Phantom 4 或 Mavic Pro,在成本和續(xù)航力限制下,只能提供單向的雙目避障能力(直至大疆年底推出的 Phantom 4 Pro,才提供左右兩側(cè)的紅外線避障能力,然而作用仍有限)。即使前向避障也許能防止失控回航時(shí)的撞墻意外,但一般新手仍然經(jīng)常因?yàn)椴僮魇д`,從側(cè)向或后面撞上障礙,然后炸機(jī)。

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  更諷刺的是,自拍無(wú)人機(jī)飛得更矮,更需要自動(dòng)避障吧?但偏偏是飛行高度最小、最接近地面、需要面對(duì)最多障礙物、最需要自動(dòng)避障能力的自拍無(wú)人機(jī),更受限于體積、成本和續(xù)航力,更難以引入自動(dòng)避障功能。也許某程度上,自拍無(wú)人機(jī)缺少自動(dòng)避障功能,阻礙了它的普及;而自拍無(wú)人機(jī)沒(méi)能普及,也使消費(fèi)者對(duì)自動(dòng)避障更提不起勁。

  為什么廠商要研發(fā)自動(dòng)避障?

  如是者,為什么無(wú)人機(jī)公司要如此積極研發(fā)自動(dòng)避障技術(shù)?因?yàn)樗俏磥?lái)。

  正確一點(diǎn)來(lái)說(shuō),Odin說(shuō)的“未來(lái)”不是指自動(dòng)避障技術(shù),而是“計(jì)算機(jī)視覺(jué)”和“自動(dòng)化操作”,避障只是它們的“應(yīng)用場(chǎng)景”。 “計(jì)算機(jī)視覺(jué)”和“自動(dòng)化操作”,均為未來(lái)機(jī)械人學(xué)及人工智能范疇的顯學(xué),而自動(dòng)避障則是當(dāng)中的應(yīng)用方式。舉例說(shuō),Mobileye 就把計(jì)算機(jī)視覺(jué)用于在輔助駕駛,透過(guò)自動(dòng)避障技術(shù),讓汽車在若干程度上能自主行走。

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  但相比起無(wú)人駕駛汽車來(lái)說(shuō),無(wú)人機(jī)對(duì)“自動(dòng)避障”的需求更大、難度也更低。 舉例說(shuō),我們要一人一臺(tái)、手動(dòng)遙控一定數(shù)量的無(wú)人機(jī),并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的飛行任務(wù),絕非易事;故此,像植;虬卜赖刃袠I(yè)無(wú)人機(jī),已經(jīng)開(kāi)始利用地面站集中管理,進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的自動(dòng)化自動(dòng)噴灑或監(jiān)察任務(wù)(上圖)。因此,行業(yè)無(wú)人機(jī)必須擁有可靠的自動(dòng)避障能力,來(lái)讓無(wú)人機(jī)自己運(yùn)作。

  即使自動(dòng)避障能力沒(méi)能在消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)發(fā)揮很大效果,但背后的計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理,也在降低消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的操作難度。

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  例如是大疆的雙目下視鏡頭,采用立體的視覺(jué)里程計(jì) (VisualOdometry) 技術(shù),使無(wú)人機(jī)的定高能力更精準(zhǔn);而其 FlightAutonomy 五向感知技術(shù),大幅提升無(wú)人機(jī)的室內(nèi)定位能力,也有雙目視覺(jué)和側(cè)向紅外線側(cè)距的功勞,讓無(wú)人機(jī)更穩(wěn)定 ── 何況是基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的各種視覺(jué)跟隨和指點(diǎn)飛行功能(上圖),把無(wú)人機(jī)的操作變得更簡(jiǎn)單?

  自動(dòng)避障的未來(lái)?

  總體來(lái)說(shuō),Odin 并不否認(rèn)消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的自動(dòng)避障能力,目前還是雞肋,食之無(wú)肉,棄之有味。但盡管目前消費(fèi)者對(duì)自動(dòng)避障興趣不大,但由于目前計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算仍然有很大潛力,未來(lái)在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)上還有什么的發(fā)展空間,仍然很不好說(shuō)。

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  所以,無(wú)人機(jī)公司如果單純?yōu)榱撕脚氖袌?chǎng)用不上自動(dòng)避障、或是因?yàn)樽耘臒o(wú)人機(jī)不蘊(yùn)不火而放棄計(jì)算機(jī)視覺(jué),那就實(shí)在太短視了。


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