目前,主(zhǔ)流的电动多(duō)旋(xuán)翼无人(rén)机(jī)避障系统主要有三种,分(fèn)别是超(chāo)声波、TOF,以及相对更复杂(zá)的,由多种测(cè)距方(fāng)法和视觉图像处(chù)理组成的复合型方法(fǎ)。
超声(shēng)波:
一个(gè)比较形(xíng)象的比喻就是蝙蝠。这(zhè)种飞行类哺乳动物,通过口腔中喉部的特殊(shū)构造来发出超(chāo)声(shēng)波,当超声波遇到猎物或者(zhě)障碍的时候就会反射回来,蝙蝠可(kě)以用特殊的听(tīng)觉(jiào)系(xì)统(tǒng)来接收反射回来(lái)的信号,从而(ér)探测目标的距离,确定飞行路线。超声波是最简单的测(cè)距系统(tǒng),绝(jué)大(dà)部分生(shēng)活(huó)中遇到的测距(jù)系统都是(shì)使用的这种(zhǒng)技术,最常见(jiàn)的(de)就是汽车的倒车雷达。在(zài)无人(rén)机上加(jiā)装定向的超声(shēng)波发射和接收器,然后将其接入飞控系统即可。但是,超声(shēng)波在无人(rén)机避障系统的应用中也有比较明显的干扰问题。虽然超(chāo)声(shēng)波(bō)避障系(xì)统不会受到光线、粉(fěn)尘、烟(yān)雾(wù),但在部分场景下也会受到声波的干(gàn)扰。其次,如果物(wù)体表面反射超(chāo)声波的能力不足,避障系统的有效距(jù)离(lí)就(jiù)会降低,安全隐患会显著提高。一般来说,超声波的有效距(jù)离(lí)是5米(mǐ),对应的反射物体材质是水泥地板,如果材质(zhì)不是平面光滑的(de)固体物,比(bǐ)如说地毯(tǎn),那么超声波(bō)的反射和(hé)接(jiē)收就会出问(wèn)题。
对于无(wú)人(rén)机来说,这种超声波(bō)系统应该(gāi)放在(zài)多个方向,比如放在前后左右四个方向,可以在(zài)悬停和飞行的时(shí)候(hòu)对周围保持监控;而放在机身下方和(hé)上方(fāng),则(zé)可以在起飞、下降以(yǐ)及(jí)降落的时候避(bì)免速度太快(kuài)碰到障碍(ài)物或者地面。
TOF:
通俗一点讲,就是(shì)把前面的超声波换成光。检测方(fāng)法有(yǒu)两种(zhǒng)一种是(shì)光(guāng)的时间(jiān),另一(yī)种是光的相位。但是(shì)总的来(lái)说,都是把光打(dǎ)出去,然(rán)后检测反射回(huí)来的光,进而判断(duàn)无(wú)人机(jī)的(de)周围是否(fǒu)有障(zhàng)碍(ài)物,距(jù)离几何等(děng)等。
和超声(shēng)波(bō)同样,光波也会受到干扰,而目前城(chéng)市环(huán)境下楼宇间的光污染,给TOF避障系统带来了难(nán)题,系统发出(chū)的光,必须避(bì)开太阳光的主要(yào)能量波段,从而避免太阳光的直(zhí)射、反射等对避障系统(tǒng)造成干扰。
目(mù)前,TOF在室内(nèi)测量距离最大可以到10米,室外强光干(gàn)扰的话,5米左(zuǒ)右(yòu)吧。在悬(xuán)停状态下,TOF系(xì)统会一直保持快速旋转,每秒钟旋转2-5圈。这是因为,在旋转(zhuǎn)的过程中系统就可以(yǐ)完成对周围有效半径内的360°范围(wéi)进行快速扫(sǎo)描,从(cóng)而用较快的(de)速(sù)度发(fā)现障(zhàng)碍,然后对飞控系统发(fā)出调整位置的(de)指令,避免对周围的人或财(cái)物造成(chéng)伤(shāng)害(hài);当在飞行的过程中,TOF系(xì)统(tǒng)则会停止旋转,只把光发(fā)射(shè)到前进的方向上。固定方向的时候,在室(shì)外的有效距离可以增(zēng)加到8-10米。对于一(yī)般无人机来说,美妙的(de)飞(fēi)行距离(lí)也就是10米左右(yòu),检测到(dào)障碍(ài)物之后1秒的反应时间,无人机可以用一个较大的加(jiā)速度(dù)来停止前进(jìn)。
复合型、机器视觉避障系统:
可以在前、后、左(zuǒ)、右(yòu)和下,一(yī)共5个方向上进行障碍识别,而识别(bié)的机制分为(wéi)两个部分(fèn),分(fèn)比(bǐ)为是超声波和机器视(shì)觉。也(yě)就是(shì)说,除了常规的(de)超声波模块以外,5个方向上还专门放置(zhì)了摄像头用于获取视觉图像,然(rán)后直(zhí)接传输到(dào)机载的英特尔凌动(Atom)Bay Trail处理器进行计算处理(lǐ)。另(lìng)外,进入消费(fèi)级(jí)无人机(jī)市场(chǎng)时间较早的Parrot,也在跟(gēn)英(yīng)伟达(Nvidia)进行避障方(fāng)面(miàn)的合作,同样采用了包含机器视觉的复合(hé)型避障系统。
这种复合型避(bì)障系统,相对(duì)前两种提到的(de)模式来说技术含量(liàng)更高一些(xiē)。当然在工作效率上也有一定的优势(shì)。比(bǐ)如停车场管理。在室内GPS用于定位基本可以免谈了(le),在地下停车场中光照条件一般不太好,而超(chāo)声波与机器视觉加起来,几(jǐ)乎可以(yǐ)在任何照度下(xià)对(duì)多(duō)种材质进行较好的(de)识别,从而对(duì)无人机在地下停(tíng)车场封闭环境中的飞(fēi)行提供更好(hǎo)的指导,识别的有效范围可以显著提(tí)升,准(zhǔn)确度往往(wǎng)可以达到厘米级。

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