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無人機避障技術(shù)種類介紹

紅外避障   

紅外線的應(yīng)用我們并不陌生:從電視、空調(diào)的遙控器,到酒店的自動門,都是利用的紅外線的感應(yīng)原理。而具體到無人機避障上的應(yīng)用,紅外線避障的常見實現(xiàn)方式就是“三角測量原理”。   
紅外感應(yīng)器包含紅外發(fā)射器與CCD檢測器,紅外線發(fā)射器會發(fā)射紅外線,紅外線在物體上會發(fā)生反射,反射的光線被CCD檢測器接收之后,由于物體的距離D不同,反射角度也會不同,不同的反射角度會產(chǎn)生不同的偏移值L,知道了這些數(shù)據(jù)再經(jīng)過計算,就能得出物體的距離了。

無人機避障技術(shù)種類介紹

超聲波避障  

超聲波其實就是聲波的一種,因為頻率高于20kHz,所以人耳聽不見,并且指向性更強。   
超聲波測距的原理比紅外線更加簡單,因為聲波遇到障礙物會反射,而聲波的速度已知,所以只需要知道發(fā)射到接收的時間差,就能輕松計算出測量距離,再結(jié)合發(fā)射器和接收器的距離,就能算出障礙物的實際距離。
超聲波測距相比紅外測距,價格更加便宜,相應(yīng)的感應(yīng)速度和精度也遜色一些。同樣,由于需要主動發(fā)射聲波,所以對于太遠的障礙物,精度也會隨著聲波的衰減而降低,此外,對于海綿等吸收聲波的物體或者在大風(fēng)干擾的情況下,超聲波將無法工作。

  
激光避障   

激光避障與紅外線類似,也是發(fā)射激光然后接收。不過激光傳感器的測量方式很多樣,有類似紅外的三角測量,也有類似于超聲波的時間差+速度。   但無論是哪種方式,激光避障的精度、反饋速度、抗干擾能力和有效范圍都要明顯優(yōu)于紅外和超聲波。  

 
但這里注意,不管是超聲波還是紅外、亦或是這里的激光測距,都只是一維傳感器,只能給出一個距離值,并不能完成對現(xiàn)實三維世界的感知。當(dāng)然,由于激光的波束極窄,可以同時使用多束激光組成陣列雷達,近年來此技術(shù)逐漸成熟,多用于自動駕駛車輛上,但由于其體積龐大,價格昂貴,故不太適用于無人機。

 
視覺避障   

無人機視覺避障   


解決機器人如何“看”的問題,也就是大家常聽到的計算機視覺(Computer Vision)。其基礎(chǔ)在于如何能夠從二維的圖像中獲取三維信息,從而了解我們身處的這個三維世界。

  
視覺識別系統(tǒng)通常來說可以包括一個或兩個攝像頭。單一的照片只具有二維信息,猶如2D電影,并無直接的空間感,只有靠我們自己依靠“物體遮擋、近大遠小”等生活經(jīng)驗?zāi)X補。故單一的攝像頭獲取到的信息及其有限,并不能直接得到我們想要的效果(當(dāng)然能夠通過一些其他手段,輔助獲取,但是此項還不成熟,并沒有大規(guī)模驗證)。類比到機器視覺中,單個攝像頭的圖片信息無法獲取到場景中每個物體與鏡頭的距離關(guān)系,即缺少第三個維度。


其實,各個避障技術(shù)在無人機上都有用武之地,只是應(yīng)用場景有所不同,特別對于前視避障而言,有些技術(shù)就不適用了。   


紅外和超聲波技術(shù),因為都需要主動發(fā)射光線、聲波,所以對于反射的物體有要求,比如:紅外線會被黑色物體吸收,會穿透透明物體,還會被其他紅外線干擾;而超聲波會被海綿等物體吸收,也容易被槳葉氣流干擾。   

f無人機主動式測距

而且,主動式測距還會產(chǎn)生兩臺機器相互干擾的問題。相比之下,雖然雙目視覺也對光線有要求,但是對于反射物的要求要低很多,兩臺機器同時使用也不會互相干擾,普適性更強。

  
最重要的是,常見的紅外和超聲波目前都是單點測距,只能獲得特定方向上的距離數(shù)據(jù),而雙目視覺可以在小體積、低功耗的前提下,獲得眼前場景的比較高分辨率的深度圖,這就讓避障功能有了更多的發(fā)展空間,比如避障之后的智能飛行、路徑規(guī)劃等。   


激光技術(shù)雖然也能實現(xiàn)類似雙目視覺的功能,但是受限于技術(shù)發(fā)展,目前的激光元件普遍價格貴、體積大、功耗高,應(yīng)用在消費級無人機上既不經(jīng)濟也不實用。

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